Цилиндры одно- и двустороннего действия

В машиностроении цилиндры часто классифицируют по тому , поршневых двигателей являются ли они одно- или двустороннего действия, в зависимости от того, как рабочая жидкость действует на поршень .

Одностороннего действия

Цилиндром одностороннего действия в поршневом двигателе называется цилиндр , в котором рабочая жидкость действует только на одну сторону поршня . Цилиндр одностороннего действия опирается на нагрузку, пружины, другие цилиндры или импульс маховика , чтобы толкать поршень назад в другом направлении. Цилиндры одностороннего действия встречаются в большинстве типов поршневых двигателей. Они почти универсальны в двигателях внутреннего сгорания (например, бензиновых и дизельных двигателях ), а также используются во многих двигателях внешнего сгорания, таких как двигатели Стирлинга и некоторые паровые двигатели . Они также встречаются в насосах и гидроцилиндрах .

Двойного действия

Цилиндром двойного действия называется цилиндр, в котором рабочая жидкость действует поочередно на обе стороны поршня. Чтобы соединить поршень в цилиндре двустороннего действия с внешним механизмом, например коленчатым валом , на одном конце цилиндра должно быть предусмотрено отверстие для штока поршня, снабженное сальником или « сальником ». ", чтобы предотвратить утечку рабочей жидкости. Цилиндры двустороннего действия распространены в паровых двигателях , но необычны в двигателях других типов. Многие гидравлические и пневматические цилиндры используют их там, где необходимо создать усилие в обоих направлениях. Гидравлический цилиндр двойного действия имеет порты на каждом конце, в которые подается гидравлическая жидкость как для втягивания, так и для выдвижения поршня. Цилиндр двойного действия используется там, где отсутствует внешняя сила для втягивания поршня, или его можно использовать там, где требуется большая сила в обоих направлениях движения.

Паровые двигатели

В паровых двигателях обычно используются цилиндры двойного действия. Однако ранние паровые двигатели, такие как атмосферные двигатели и некоторые лучевые двигатели , были одностороннего действия. Они часто передавали свою силу через балку с помощью цепей и «арочной головки», поскольку требовалось только натяжение в одном направлении.

Там, где они использовались для перекачивания шахтных стволов и должны были действовать только против нагрузки в одном направлении, конструкции одностороннего действия оставались в использовании в течение многих лет. Основной толчок к созданию цилиндров двойного действия произошел, когда Джеймс Уатт пытался разработать двигатель с вращающейся балкой , который можно было бы использовать для приведения в движение механизмов через выходной вал. ^[1] По сравнению с одноцилиндровым двигателем цилиндр двойного действия обеспечивает более плавную выходную мощность. Двигатель высокого давления, ^[я] разработанный Ричардом Тревитиком , использовал поршни двойного действия и впоследствии стал моделью для большинства паровых двигателей.

Некоторые из более поздних паровых машин, высокоскоростных паровых машин , использовали поршни одностороннего действия новой конструкции. Крейцкопф стал частью поршня, ^[ii] и штока поршня уже не было. Это произошло по тем же причинам, что и в двигателе внутреннего сгорания, поскольку отказ от штока поршня и его уплотнений позволил создать более эффективную систему смазки картера .

В небольших моделях и игрушках часто используются цилиндры одностороннего действия по вышеуказанной причине, а также для снижения производственных затрат.

Двигатели внутреннего сгорания

В отличие от паровых двигателей, почти во всех двигателях внутреннего сгорания используются цилиндры одностороннего действия.

Их поршни обычно представляют собой тронковые поршни , в которых поршневой палец шатуна находится внутри самого поршня. Это позволяет избежать использования крейцкопфа, штока поршня и его уплотнительного сальника, но также делает практически необходимым поршень одностороннего действия. Это, в свою очередь, имеет то преимущество, что обеспечивает легкий доступ к нижней части поршня для смазочного масла, которое также выполняет важную функцию охлаждения. Это позволяет избежать локального перегрева поршня и колец.

Картерные компрессионные двухтактные двигатели

В небольших бензиновых двухтактных двигателях , например, в мотоциклах, используется сжатие картера, а не отдельный нагнетатель или продувочный вентилятор . При этом обе стороны поршня используются в качестве рабочих поверхностей, а нижняя сторона поршня действует как поршневой компрессор, сжимающий впускной заряд, готовый к следующему такту. Поршень по-прежнему считается односторонним, поскольку только одна из этих сторон производит мощность.

Двигатели внутреннего сгорания двойного действия

Некоторые ранние газовые двигатели , такие как оригинальные двигатели Ленуара , выпущенные примерно в 1860 году, были двойного действия и следовали паровым двигателям по своей конструкции .

Вскоре двигатели внутреннего сгорания перешли на цилиндры одностороннего действия. Это произошло по двум причинам: что касается высокоскоростной паровой машины, то большая сила, действующая на каждый поршень и его шатун, была настолько велика, что предъявляла большие требования к подшипникам. Поршень одностороннего действия, в котором силы были постоянно сжимающими вдоль шатуна, позволил добиться более узких зазоров в подшипниках. ^[2] Во-вторых, потребность в больших площадях клапанов для обеспечения хорошего потока газа, в то же время требующая небольшого объема камеры сгорания для обеспечения хорошего сжатия , монополизировала пространство, доступное в головке блока цилиндров . Цилиндр Ленуара, созданный на основе парового двигателя, был неподходящим для бензинового двигателя , поэтому вместо него появилась новая конструкция, основанная на тарельчатых клапанах одностороннего действия и тронковом поршне .

строились также чрезвычайно большие газовые двигатели В качестве дутьевых двигателей для доменных печей с одним или двумя чрезвычайно большими цилиндрами, работавшие за счет сжигания печного газа . В них, особенно в моделях Körting , использовались цилиндры двойного действия. Газовые двигатели требуют незначительного сжатия заряда или вообще не требуют его вообще, по сравнению с бензиновыми двигателями или двигателями с воспламенением от сжатия , поэтому конструкции цилиндров двойного действия все еще были адекватными, несмотря на их узкие и извилистые каналы.

Цилиндры двойного действия нечасто использовались в двигателях внутреннего сгорания с тех пор, хотя компания Burmeister & Wain производила двухтактные дизели двойного действия (2-SCDA) для морских силовых установок до 1930 года. Первый двигатель мощностью 7000 л.с. был установлен на британском МВ Америка (Объединенная Балтийская компания) в 1929 году. ^[3]^[4] Два двигателя B&W SCDA, установленные на MV Stirling Castle в 1937 году, имели мощность по 24 000 л.с. каждый.

Военный корабль США Помпано

В 1935 году в США подводная лодка USS Pompano была заказана Perch. класса ^[iii] Было построено шесть лодок с тремя дизельными двигателями разной конструкции от разных производителей. «Помпано» оснащался HOR ( Hooven-Owens-Rentschler 8-цилиндровыми двигателями двойного действия ), которые представляли собой лицензионную версию вспомогательных двигателей MAN крейсера «Лейпциг» . ^[5] Из-за ограниченного пространства внутри подводных лодок предпочтение отдавалось либо оппозитно-поршневым двигателям , либо, в данном случае, двигателям двойного действия как более компактным. Двигатели Помпано военно вышли из строя во время испытаний еще до того, как он покинул -морскую верфь Мэр-Айленда . Помпано простоял на восемь месяцев до 1938 года, пока не были заменены двигатели. ^[5] Даже тогда двигатели были признаны неудовлетворительными и в 1942 году были заменены двигателями Фэрбенкса-Морса . ^[5] Пока «Помпано» еще строился, «Сальмон» были заказаны подводные лодки класса . Три из них были построены компанией Electric Boat с 9-цилиндровым двигателем HOR. ^[6] Хотя эта версия и не была такой серьезной неудачей, как Помпано двигатели , она все же доставляла хлопоты, и лодки позже были оснащены теми же двигателями General Motors 16-248 V16 одностороннего действия, что и их родственные лодки. ^[6] , построенные компанией Electric Boat Другие подводные лодки классов Sargo и Seadragon , а также первые несколько подводных лодок класса Gato также были построены с этими 9-цилиндровыми двигателями HOR, но позже были модернизированы. ^[7]

Гидравлические цилиндры

Гидравлический цилиндр двойного действия

— Гидравлический цилиндр это механический привод , который приводится в действие жидкостью под давлением, обычно маслом. Он имеет множество применений, особенно в строительном оборудовании ( инженерных транспортных средствах ), производственном оборудовании и гражданском строительстве.

Сноски

^ Давление около 30 фунтов на квадратный дюйм (2 бара) было низким по сегодняшним стандартам и только «высоким» по сравнению с двигателями Ватта.
^ Этот тронковый поршень сегодня знаком по двигателям внутреннего сгорания.
^ Олден ^[5] дает им классы Porpoise , Shark и Perch . В статье Википедии они рассматриваются как подтипы P-1, P-3 и P-5 одного морских свиней . класса ^{[ циклическая ссылка ]}

Ссылки

^ Хиллз, Ричард Л. (1989). Питание от Steam . Издательство Кембриджского университета . стр. 63, 66. ISBN. 0-521-45834-Х .
^ Хокинс, Неемия (1897). Новый катехизис паровой машины . Нью-Йорк: Тео Одель. стр. 110–113 .
^ Смит, Эдгар К. (2013) [1938]. Краткая история военно-морской и морской техники . Издательство Кембриджского университета. стр. 334–336. ISBN 9781107672932 .
^ «Удивительный двигатель самолета удваивает мощность», Popular Mechanics, рисунок авиационного двигателя двойного действия в разрезе , сентябрь 1932 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Олден, Джон Д. (1979). Подводная лодка ВМС США: история проектирования и строительства . Лондон: Arms and Armor Press. стр. 48, 50, 62–63, 210. ISBN. 0-85368-203-8 .
^ Jump up to: ^а ^б Олден (1979) , стр. 65, 210.
^ Олден (1979) , с. 210.

[2] Давление около 30 фунтов на квадратный дюйм (2 бара) было низким по сегодняшним стандартам и только «высоким» по сравнению с двигателями Ватта.

[3] Этот тронковый поршень сегодня знаком по двигателям внутреннего сгорания.

[8] Олден ^[5] дает им классы Porpoise , Shark и Perch . В статье Википедии они рассматриваются как подтипы P-1, P-3 и P-5 одного морских свиней . класса ^{[ циклическая ссылка ]}

[1] Хиллз, Ричард Л. (1989). Питание от Steam . Издательство Кембриджского университета . стр. 63, 66. ISBN. 0-521-45834-Х .

[Hawkins,_New_Catechism_of_the_Steam_Engine-4] Хокинс, Неемия (1897). Новый катехизис паровой машины . Нью-Йорк: Тео Одель. стр. 110–113 .

[5] Смит, Эдгар К. (2013) [1938]. Краткая история военно-морской и морской техники . Издательство Кембриджского университета. стр. 334–336. ISBN 9781107672932 .

[6] «Удивительный двигатель самолета удваивает мощность», Popular Mechanics, рисунок авиационного двигателя двойного действия в разрезе , сентябрь 1932 г.

[Alden,_Pompano-7] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Олден, Джон Д. (1979). Подводная лодка ВМС США: история проектирования и строительства . Лондон: Arms and Armor Press. стр. 48, 50, 62–63, 210. ISBN. 0-85368-203-8 .

[FOOTNOTEAlden197965,_210-9] Jump up to: ^а ^б Олден (1979) , стр. 65, 210.

[FOOTNOTEAlden1979210-10] Олден (1979) , с. 210.

[1]

[я]

[ii]

[2]

[3]

[4]

[iii]

[5]

[6]

[7]