К.т.н. Щербак Ю.Г.*, к.т.н. Тарабрін О.І.**

*Миколаївський державний гуманітарний університет ім. Петра Могили,

**Миколаївський навчально-науковий інститут Одеського національного університету ім. І.І. Мечнікова

ЗАСТОСУВАННЯ КРИВОШИПНО-КУЛІСНОГО МЕХАНІЗМУ ПЕРЕТВОРЕННЯ РУХУ В ДВИГУНАХ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ (ДВЗ) ТА ПОРШНЕВИХ КОМПРЕСОРАХ

Одним із напрямків підвищення економічності малооборотних ДВЗ великої потужності є збільшення співвідношення хода поршня S до діаметра циліндра D, яке для деяких двигунів досягнуло S/D = 4,2. Типовою для таких двигунів є конструкція, коли фундаментна рама виконана зварною, коробчастої форми з суцільнолитими поперечними балками, а в утвореному просторі картера розташовано колінчастий вал. При цьому ресивер продувного повітря виконується суцільним та об’єднується з охолоджуючими сорочками блоків циліндрів. Поршні, що розміщені в циліндрах, мають штоки, які через крейцкопфний механізм взаємодіють з шатунами, встановленими за допомогою мотилевих підшипників на колінчастому валу [1]. Використання кривошипно-шатунного механізму передачі руху, який складається з шатунів, встановлених за допомогою мотилевих підшипників на шийках колінчастого вала, потребує значного вертикального габариту над фундаментною рамою.

З метою зменшення вертикального розміру ДВЗ розглянуто варіант використання в якості механізму перетворення зворотно-поступального руху поршнів у обертальний рух колінчастого вала кривошипно-кулісного механізму. За основу обрано відомий чотириланковий кулісний механізм [2, с.20]. Конструктивна проробка виконана стосовно наддовгоходового дизеля МАН – Бурмейстер та Вайн серії S-MC/MCE з відношенням ходу поршня до діаметру S/D=3,82 [1].

На рисунку изображено поперечний і поздовжній розрізі дизельного ДВЗ відповідно до запропонованого конструктивного рішення механизму передачі руху [3, 4].

ДВЗ складається із зварної фундаментної рами 1 коробчастої форми з суцільнолитими поперечними балками, ресивера 2 продувального повітря, який виконано суцільним та об’єднано з охолоджуючими сорочками блоків циліндрів 3. У просторі картера встановлені колінчастий вал 4 та мотилеві подшипники 5. На корпусах мотилевих підшипників закріплені повзуни 6, поверхні ковзання котрих розміщені у пазах кулис 7. Куліси виконані Н-образної форми та своими боковими поверхнями ковзання 8 установлені з можливістю переміщення у вертикальних лотках 9, що нерухомо закріплені на внутрішніх поверхнях фундаментної рами 1. Поршні 10, що встановлені у цилиндрах 11, мають штоки 12, які жорстко закріплені на кулисах 7. При цьому штоки 12, куліси 7 зі своими боковими поверхнями ковзання 8 та повзуни 6, що закріплені на корпусах мотилевих підшипників і робочі поверхні котрих знаходяться у пазах кулис, являють собою єдиний кривошипно-кулісний механизм.

а)

б)

Двигун внутрішнього згоряння з кривошипно-кулісним механізмом перетворення руху: а - поперечний розріз; б - поздовжній розріз

При переміщенні поршнів 10 у цилиндрах 11 вертикальний зворотно-поступальний рух за допомогою штоків 12 передається на куліси 7. Куліси 7 ковзають своими боковими поверхнями 8 по поверхням ковзання лотків 9 і здійснюють вертикальний зворотно-поступальний рух. При цьому повзуни 6 починають переміщуватися у пазах кулис 7, здійснюючи горизонтальні зворотно-поступальні рухи. Через те, що повзуни 6 закріплені на корпусах мотилевих підшипників 5, рух передаться на колінчастий вал 4. Таким чином здійснюється розміщення механизму перетворення зворотно-поступального руху поршнів в обертальний рух колінчастого вала на фундаментній рамі.

Запропоноване конструктивне рішення механизму передачі руху може бути адаптованим відносно деяких типів поршневих компресорів, в яких напрямною руху поршнів є його тронкова частина, а механизмом передачі руху – кривошипно-шатунний механизм. В таких компресорах нормальні зусилля, що діють на днища поршнів в процесі стиснення робочого середовища, передаються поршнями на стінки втулок циліндрів, підвищуючи роботу сил тертя, що викликає прискорений знос поршнів і втулок, заїдання поршнів при їх перекосах або перегрівах. При переході від кривошипно-шатунного механізму перетворення обертального руху колінчастого вала у зворотно-поступальний поршнів, як це запропоновано в роботі [5], відпадає необхідність в шатунах; поршні не мають контакту із дзеркалом циліндрів, підвищується плавність роботи механизму, зменшується знос поршнів і втулок.

Конструктивні проробки, що проведні стосовно дизельного ДВЗ МАН-Бурмейстер та Вайн серії S-МС/МСЕ та повітряного поршневого компрессора ЭК-16, показали, що їх вертикальний габарит за рахунок запропонованих рішень [3 і 5] може бути зменшеним на 20…25%.

Література:

1. Шишкин В.А. Анализ неисправностей и предотвращение повреждений судовых дизелей. – М.: Транспорт, 1986. – 316 с.

2. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Том 3. Рычажные механизмы. – М.: Наука, 1971. – 427 с.

3. Деклараційний патент на винахід №34801А (UA). Двигун внутрішнього згоряння / О.І.Тарабрін, Б.Г.Тимошевський, О.К.Чередниченко. – №99073878; Заявл. 08.07.1999; надрук. 15.03.2001. Бюл. №2.

4. Чередниченко А.К., Медведовский А.М., Тарабрин А.И. Система трибосопряжений двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-кулисным механизмом // Матеріали міжнародної науково-технічної конференції „Сучасні проблеми триботехніки”. – Миколаїв: НУК, 2005. – С. 83-85.

5. Деклараційний патент на винахід №42744А (UA). Поршневий компресор / О.І.Тарабрін, Ю.Г.Щербак, С.А.Гапонов. - №2001096435; Заявл. 20.09.2001; надрук. 17.06.2002. Бюл. №6.