Меню Закрыть

Работа поршня в цилиндре: Роль цилиндра и поршня в двигателе автомобиля

Содержание

Короткий ход поршня

Рудольф Дизель родился 18 марта 1858 года в семье Теодора Дизеля и Элис Штробель — эмигрантов из Германии, осевших во Франции и владевших небольшой переплетной мастерской в Париже. С самого раннего детства у Рудольфа проявился интерес к разным машинам и механизмам: излюбленным времяпровождением умного, послушного, аккуратного и трудолюбивого мальчика было посещение парижского Музея искусств и ремесел.

В 1870 году началась Франко-прусская война, и из-за роста антинемецких настроений Дизелям пришлось перебраться в Англию, где вскоре они оказались в нищете. На семейном совете было принято решение отправить Рудольфа в Германию, в семью брата, любезно согласившуюся принять племянника. Дядя Дизеля был профессором и преподавал математику в Королевском земском училище, куда в 1871 году пристроил и Рудольфа, заметив у того склонность к технике, а уже в 1873-м юноша его успешно закончил, опередив по успеваемости всех остальных учеников.

Уже в 12 лет Рудольф испытывал склонность к технике

Иллюстрация: mandieselturbo.com

Затем Рудольф отправляется в Аугсбург, в Техническую школу, а через два года досрочно поступает в престижный Королевский баварский политехнический институт в Мюнхене. Во время учебы произошла судьбоносная для Дизеля встреча — его заметил один из преподавателей, профессор Карл фон Линде, помимо научной работы занимавшийся коммерцией, а именно созданием холодильного оборудования. В 1880 году, когда Дизель окончил институт, Линде пригласил его на работу в свою компанию на должность директора парижского филиала. В наше время Linde — одна из крупнейших и авторитетнейших в мире химических компаний, инжиниринговое подразделение которой занимается строительством «под ключ» крупнотоннажных химических производств, в том числе заводов по сжижению природного газа.

«Инженер все может»

Так ответил студент Рудольф Дизель на вопрос директора Высшей технической школы в Мюнхене профессора Бауэрфайнда о возможности создать двигатель внутреннего сгорания, способный заменить паровой. Теперь амбициозному молодому человеку предстояло доказать это на практике.

К концу XIX века в мире существовало множество поршневых двигателей, однако их КПД не превышал 10–12%, поскольку воспламенение горючей смеси в них производилось либо при помощи электричества, либо за счет тепла, идущего от стенок камеры сгорания. Однако уже в 1824 году французский инженер Сати Карнопредложил более перспективную схему работы двигателя. По его мнению, следовало «сперва сжать воздух насосом, затем пропустить его через вполне замкнутую топку, вводя туда маленькими порциями топливо при помощи приспособления, легко осуществимого; затем заставить воздух выполнять работу в цилиндре с поршнем или в любом другом расширяющемся сосуде и, наконец, выбросить его в атмосферу…». Эта схема, получившая наименование «цикла Карно», стала эталоном цикла теплового двигателя. Ее и попытался на практике реализовать Рудольф Дизель.

Забегая вперед, надо сказать, что у него это получилось не в полной мере: в дизелевском варианте в цилиндре сжималась не топливная смесь, а воздух, причем до запредельных для того времени значений.

Двенадцать лет проб и ошибок

А пока в течение десяти лет, с 1880-го по 1892-й, работая на фирме Линде, он постоянно занимался этим проектом, пытаясь найти такое рабочее тело, которое при соединении с топливом, создавало бы необходимую для воспламенения температуру. В его качестве последовательно использовались аммиак, уголь и бензин, но все было безрезультатно.

Помогла случайность. Использование воздуха в пневматической зажигалке для прикуривания сигар натолкнуло Рудольфа на мысль, что таким рабочим телом может стать сжатый воздух. «Не могу сказать, — писал позже изобретатель, — когда именно возникла у меня эта мысль. В неустанной погоне за целью, в итоге бесконечных расчетов родилась наконец идея, наполнившая меня огромной радостью: нужно вместо аммиака взять сжатый горячий воздух, впрыснуть в него распыленное топливо и одновременно со сгоранием расширить его так, чтобы возможно больше тепла использовать для полезной работы».

Основываясь на этом, Дизель разработал новую схему двигателя, в котором воздух должен был быть сжат с такой силой, чтобы при его соединении с топливом возникшая смесь воспламенилась до температуры 600–650 °С и в цилиндр начало поступать уже готовое для работы двигателя топливо.

Есть прототип!

В 1892 году Рудольф покидает компанию Линде и организовывает собственное предприятие, на котором в течение четырех лет изготавливает несколько опытных образцов. В том же году он получает свой первый патент № 67207 «Рабочий процесс и способ конструирования двигателя внутреннего сгорания для машин», которым закрепил за собой право собственности на «рациональный тепловой двигатель», и издает книгу, в которой дает теоретическое обоснование созданной им конструкции такого двигателя. «Моя идея, — писал он семье в Мюнхен, — настолько опережает все, что создано в данной области до сих пор, что можно смело сказать: я первый в этом новом и наиважнейшем разделе техники на нашем маленьком земном шарике! Я иду впереди лучших умов человечества по обе стороны океана!»

В 1897 году с третьей попытки ему наконец удалось построить готовый к практическому использованию прототип. Современники вспоминали, что это «был двигатель высотой три метра, который развивал 172 об/мин имел диаметр единственного цилиндра 250 мм, ход поршня 400 мм и мощность от 17,8 до 19,8 л. с., расходуя при этом 258 г нефти на 1 л. с. в час. Термический КПД был у него 26,2%, намного выше, чем имели паровые машины». Кроме того, двигатель Дизеля работал на дешевых видах топлива вроде керосина и не имел системы зажигания.

Как удалось достичь такого очень высокого для того времени КПД? Главным образом за счет многократного увеличения давления сжатия с помощью специального компрессора — в двигателе англичанина Герберта Акройда-Стюарта, наиболее похожего по конструкции на дизелевский, оно равнялось шести атмосферам, а в устройстве Рудольфа достигало 36 атмосфер.

#image-kit_1496

В связи с этим неоднократно вставал вопрос: кто первый изобрел ДВС, Стюарт или Дизель? Известно, что основные признаки современного дизельного двигателя — непосредственный впрыск топлива (без применения сжатого воздуха) и компрессионное зажигание. В 1890 году Стюарт получил патент № 7146 «Усовершенствование в работе двигателей при помощи взрыва воспламеняемых паров или смеси газа с воздухом». Но этот патент был дан только на компрессионное зажигание, о применении сжатого воздуха для воспламенения смеси там речи не шло.

Спустя некоторое время Стюарт построил экспериментальный образец устройства, функционировавшего на бензине и проработавшего всего несколько часов. Дизель же патент на компрессионное зажигание получил только в 1892 году, но в отличие от Стюарта в его патент уже была включена идея о сжатом воздухе, которую позже, в 1897 году, он и воплотил. Так что если вести отсчет от идеи, то первенство в изобретении ДВС принадлежит, безусловно, Дизелю. А поскольку идею придумал он и он же построил реально работающий образец, то и сам двигатель стали называть по его фамилии. Топливо такого двигателя, состоит из керосиново-газойлевых фракций переработанной нефти и имеет высокую — 200–350 °С — температуру кипения, в дизельном двигателе оно самовоспламеняется при сильном сжатии. В бензиновом двигателе горючую смесь образуют бензин и воздух, она воспламеняется от искры зажигания.

Развитие изделия

Это был успех. На Всемирной выставке в Париже в 1900 году изделие Дизеля произвело фурор, началась массовая скупка лицензий на производство его двигателей. Однако в начале промышленного изготовления дизелевских двигателей возникли серьезные трудности: первые партии оказывались бракованными, часто ломались и выходили из строя, на многих заводах не было необходимого оборудования и рабочей силы нужной квалификации.

Постепенно болезни роста были преодолены, и двигатель Дизеля стал постепенно использоваться во многих сферах жизнедеятельности, связанных с техникой. А его изобретатель стал миллионером. Дизеля стали приглашать повсюду — во Францию, Швейцарию, Австрию, Бельгию, Россию, Америку… Особый интерес к нему был проявлен в России. Уже в 1898 году Людвиг Нобель, купив у Дизеля лицензию на двигатель, организовал его производство на своем заводе в Санкт-Петербурге (сейчас это известное на всю страну предприятие «Русский дизель»).

Устройство быстро завоевало популярность и стало использоваться всюду — на электростанциях, водонапорном оборудовании, с его помощью освещались крупные магазины и центральные улицы Санкт-Петербурга и других известных городов Российской империи.

Велись работы по его модификации. Известный русский инженер Вадим Аршаулов создал так называемый русский дизель, который, в отличие от своего прототипа, работал на нефти, а не на керосине, и имел топливный насос высокого давления, работавший от сжатого в цилиндре воздуха. На Путиловском заводе инженер Густав Тринклер построил «Тринклер-мотор», который отличался от дизелевского варианта тем, что не имел воздушного компрессора для накачки воздуха, его роль играла гидравлическая система для нагнетания и впрыска топлива.

Дизеля наконец-таки признали и на родине: сам кайзер Вильгельм II вручил ему диплом о присвоении почетного звания доктора-инженера и пригласил в оборонные проекты. Занялся Дизель и совершенствованием конструкции реверсивного судового четырехтактного мотора и созданием двигателя для грузовых автомобилей.

Закат

Дизель жил на широкую ногу. Построил в Мюнхене дворец стоимостью 900 тысяч марок, покупал нефтяные участки в Баварии, где, как выяснялось потом, не было нефти, широко и необдуманно спекулировал акциями, вкладывал деньги в католические лотереи. В итоге финансовые дела стали настолько плохи, что, как пишут его биографы, «пришлось рассчитать почти всю прислугу и заложить дом».

Нервы Дизеля были издерганы постоянными нападками недоброжелателей и конкурентов, среди которых были как малоизвестные инженеры, так и могущественные люди вроде угольных и нефтяных магнатов, постоянно таскавшие его по судам по обвинениям в плагиате и других неблаговидных поступках.

Характерный пример — намерение его ярого противника профессора Людерса издать книгу под названием «Миф Дизеля», пытаясь доказать, что ничего нового в его изобретении нет, поскольку основа работы его двигателя была известна и раньше, а сам Дизель присвоил себе чужие заслуги.

Третьи вспоминали «нобелевскую» историю: незадолго до своей смерти, изобретатель обратился с письмом к председателю Нобелевского комитета Эммануилу Нобелю, в котором намекал на возможность получения Нобелевской премии за свое изобретение, рассчитывая, таким образом, поправить свои финансовые дела и заодно напомнив всем о себе. Но тот отказал. И это ввергло Дизеля в пучину черной депрессии.

К лету 1913 года Дизель стал полным банкротом и, по всей видимости, не видя другого выхода, решился на самоубийство. На это указывает его странное поведение: сначала он вместе с женой объехал всю Европу, как будто прощаясь с ней. Когда он погиб, его жена вспомнила странную фразу, которую он как-то обронил: «Мы можем попрощаться с этими местами. Больше мы их никогда не увидим». Затем он поехал в Баварские Альпы, где участвовал в опасных горных путешествиях и рискованных мероприятиях.

29 сентября 1913 года, в Антверпене 55-летний Рудольф Дизель и еще двое его друзей сели на паром «Дрезден», идущий в Англию, где он собирался работать инженером-консультантом на одном из двигателестроительных заводов. И ночью пропал. А через десять дней в Северном море рыбаки выловили труп. В одежде были найдены некоторые личные вещи, и сын Дизеля подтвердил, что они принадлежали его отцу.

что нужно знать об этих деталях и как продлить срок их службы?

В статье подробно рассмотрены ключевые детали автомобильного двигателя – поршень и цилиндр. Уделено внимание их конструкции, функциям, условиям работы, возможным проблемам при эксплуатации и путям их решения.

Цилиндр и поршень – ключевые детали любого двигателя. В замкнутой полости цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) происходит сгорание топливно-воздушной смеси. Газы, образующиеся при этом, воздействуют на поршень – он начинает двигаться и заставляет вращаться коленчатый вал.

Цилиндр и поршень обеспечивают оптимальный режим работы двигателя в любых условиях эксплуатации автомобиля.

Рассмотрим эту пару подробнее: конструкцию, функции, условия работы, возможные проблемы при эксплуатации элементов ЦПГ и пути их решения.


Принцип работы цилиндро-поршневой группы

Современные двигатели внутреннего сгорания оснащены блоками, в которые входят от 1 до 16 цилиндров – чем их больше, тем мощнее силовой агрегат.

Внутренняя часть каждого цилиндра – гильза – является его рабочей поверхностью. Внешняя – рубашка – составляет единое целое с корпусом блока. Рубашка имеет множество каналов, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.

Внутри цилиндра находится поршень. В результате давления газов, выделяющихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси, он совершает возвратно-поступательное движения и передает усилия на шатун. Кроме того, поршень выполняет функцию герметизации камеры сгорания и отводит от нее излишки тепла.

Поршень включает следующие конструктивные элементы:

  • Головку (днище)
  • Поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные)
  • Направляющую часть (юбку)

Бензиновые двигатели оснащены достаточно простыми в изготовлении поршнями с плоской головкой. Некоторые модели имеют канавки, способствующие максимальному открытию клапанов. Поршни дизельных двигателей отличаются наличием на днищах выемок – благодаря им воздух, поступающий в цилиндр, лучше перемешивается с топливом.

Кольца, установленные в специальные канавки на поршне, обеспечивают плотность и герметичность его соединения с цилиндром. В двигателях разного типа и предназначения количество и расположение колец могут отличаться.

Чаще всего поршень содержит два компрессионных и одно маслосъемное кольцо.

Компрессионные (уплотняющие) кольца могут иметь трапециевидную, бочкообразную или коническую форму. Они служат для минимизации попадания газов в картер двигателя, а также отведения тепла от головки поршня к стенкам цилиндра.

Верхнее компрессионное кольцо, которое изнашивается быстрее всех, обычно обработано методом пористого хромирования или напылением молибдена. Благодаря этому оно лучше удерживает смазочный материал и меньше повреждается. Остальные уплотняющие кольца для лучшей приработки к цилиндрам покрывают слоем олова.

С помощью маслосъемного кольца поршень, совершающий возвратно-поступательные движения в гильзе, собирает с ее стенок излишки масла, которые не должны попасть в камеру сгорания. Через дренажные отверстия поршень «забирает» масло внутрь, а затем отводит его в картер двигателя.

Направляющая часть поршня (юбка) обычно имеет конусную или бочкообразную форму – это позволяет компенсировать неравномерное расширение поршня при высоких рабочих температурах. На юбке расположено отверстие с двумя выступами (бобышками) – в нем крепится поршневой палец, служащий для соединения поршня с шатуном.

Палец представляет собой деталь трубчатой формы, которая может либо закрепляться в бобышках поршня или головке шатуна, либо свободно вращаться и в бобышках, и в головке (плавающие пальцы).

Поршень с коленчатым валом соединяется шатуном. Его верхняя головка движется возвратно-поступательно, нижняя вращается вместе с шатунной шейкой коленвала, а стержень совершает сложные колебательные движения. Шатун в процессе работы подвергается высоким нагрузкам – сжатию, изгибу и растяжению – поэтому его производят из прочных, жестких, но в то же время легких (в целях уменьшения сил инерции) материалов.


Конструкционные материалы деталей ЦПГ

Сегодня цилиндры и поршни двигателя чаще всего производят из алюминия или стали с различными присадками. Иногда для внешней части блока цилиндров используют алюминий, имеющий небольшой вес, а для гильзы, контактирующей с движущимся поршнем, – более прочную сталь.

В отличие от чугуна, который применялся ранее для изготовления деталей ЦПГ, внедрение алюминия – намного более легкого, но износостойкого материала – стало толчком к появлению мощных и высокооборотистых двигателей.

Современные автомобили, особенно с дизельными двигателями, все чаще оснащаются сборными поршнями из стали. Они имеют меньшую компрессионную высоту, чем алюминиевые, поэтому позволяют использовать удлиненные шатуны. В результате боковые нагрузки в паре «поршень-цилиндр» существенно снижаются.

Поршневые кольца, наиболее подверженные износу и деформациям, производят из специального высокопрочного чугуна с легирующими добавками (молибденом, хромом, вольфрамом, никелем).

Значительные механические и тепловые циклические нагрузки отрицательно сказываются на работоспособности элементов цилиндро-поршневой группы. В то же время от их состояния напрямую зависит стабильная компрессия двигателя, обеспечивающая его уверенный холодный и горячий запуск, мощность, экологичность и другие эксплуатационные показатели.

Именно поэтому для изготовления поршней и других деталей ЦПГ применяются материалы, обладающие высокой механической прочностью, хорошей теплопроводностью, незначительным коэффициентом линейного расширения, отличными антифрикционными и антикоррозионными свойствами.

В целях снижения потерь на трение производители поршней покрывают их боковую поверхность специальными антифрикционными составами на основе твердых смазочных частиц: графита или дисульфида молибдена. Однако со временем заводское покрытие разрушается, поршни снова испытывают высокие нагрузки, под влиянием которых изнашиваются и выходят из строя.

Одним из самых эффективных антифрикционных покрытий поршней является MODENGY Для деталей ДВС.

Состав на основе сразу двух твердых смазок – высокоочищенного дисульфида молибдена и поляризованного графита – применяется для первоначальной обработки юбок поршней или восстановления старого заводского покрытия.

MODENGY Для деталей ДВС имеет практичную аэрозольную упаковку с оптимально настроенными параметрами распыления, поэтому наносится на юбки поршней легко, быстро и равномерно.

На поверхности покрытие создает долговечную сухую защитную пленку, которая снижает износ деталей и препятствует появлению задиров.

MODENGY Для деталей ДВС полимеризуется при комнатной температуре, не требуя дополнительного оборудования.

Для подготовки поверхностей перед нанесением покрытия их необходимо обработать Специальным очистителем-активатором MODENGY. Только в таком случае производитель гарантирует прочное сцепление состава с основой и долгий срок службы готового покрытия. Оба средства входят в Набор для нанесения антифрикционного покрытия на детали ДВС.


Методы охлаждения и смазывания цилиндро-поршневой группы

В каждом цикле работы двигателя сгорает большое количество топливно-воздушной смеси. При этом все детали цилиндро-поршневой группы испытывают экстремальные температурные воздействия, поэтому нуждаются в эффективном охлаждении – воздушном или жидкостном.

Наружная поверхность цилиндров ДВС с воздушным охлаждением покрыта множеством ребер, которые обдувает встречный или искусственно созданный воздухозаборниками воздух.

При водяном охлаждении жидкость, циркулирующая в толще блока, омывает нагретые цилиндры, забирая таким образом излишек тепла. Затем жидкость попадает в радиатор, где охлаждается и вновь подается к цилиндрам.

Второй по важности момент после отвода тепла – система смазки цилиндров. Без нее поршни рано или поздно подвергаются заклиниванию, что может привести к поломке двигателя.

Для того чтобы масляная пленка дольше удерживалась на внутренних поверхностях цилиндров, их подвергают хонингованию, т.е. нанесению специальной микросетки. Стабильность слоя масла гарантирует не только максимально низкое трение в паре «поршень-цилиндр», но и способствует отведению лишнего тепла из ЦПГ.



Неисправности ЦПГ и их диагностика

Даже грамотная эксплуатация автомобиля не гарантирует, что со временем не возникнет проблем с его цилиндро-поршневой группой.

О неисправностях деталей ЦПГ свидетельствует увеличение расхода масла, ухудшение пусковых качеств двигателя, снижение его мощности, появление каких-либо посторонних шумов при работе. Эти моменты нельзя игнорировать, так как стоимость ремонта цилиндро-поршневой группы иногда равна стоимости автомобиля в целом.

Под влиянием очень высоких нагрузок и температур:

  • На рабочих поверхностях цилиндров появляются трещины, сколы, пробоины
  • Посадочные места под гильзу деформируются
  • Днища поршней оплавляются и прогорают
  • Поршневые кольца разрушаются, закоксовываются, залегают
  • На теле поршней возникают различные повреждения
  • Зазоры между поршнем и цилиндром сужаются, вследствие чего на юбках появляются задиры
  • Наблюдается общий износ цилиндров и поршней

Перечисленные неисправности цилиндро-поршневой группы неизбежны при перегреве двигателя. Он может возникнуть из-за нарушения герметичности системы охлаждения, отказа термостата или помпы, сбоев в работе вентилятора охлаждения радиатора, поломки самого радиатора или его датчика.

Точно определить состояние цилиндров и поршней можно с помощью специализированной диагностики самой ЦПГ (при полной разборке двигателя) или других автомобильных систем (например, воздушного фильтра).

В ходе сервисных работ измеряется компрессия в цилиндрах ДВС, берутся пробы картерного масла и пр. Все это помогает оценить исправность работы цилиндро-поршневой группы.

Ремонт цилиндро-поршневой группы двигателя включает замену маслосъемных и компрессионных колец, установку новых поршней, шатунов, восстановление (расточку) цилиндров.

Степень износа последних определяется с помощью индикаторного нутрометра. Трещины и сколы на стенках устраняются эпоксидными пастами или путем сварки.

Новые поршни – с нужным диаметром и массой – подбирают к гильзам, а поршневые пальцы – к поршням и втулкам верхних головок шатунов. Шатуны предварительно проверяют и при необходимости восстанавливают.


Как продлить ресурс ЦПГ?

Ресурс цилиндро-поршневой группы зависит от типа двигателя, режима его эксплуатации, регулярности обслуживания и многих других факторов. Срок службы ЦПГ отечественных автомобилей, как правило, меньше, чем у иномарок: около 200 тыс. км против 500 тыс.км.

Для того, чтобы детали ЦПГ вырабатывали свой ресурс полностью, рекомендуется:

  • Использовать моторное масло, одобренное автопроизводителем
  • Осуществлять замену масла и охлаждающей жидкости строго по регламенту
  • Следить за температурным режимом работы двигателя, не допускать его перегрева и холодного запуска
  • Регулярно проводить диагностику автомобиля
  • Применять для обслуживания автокомпонентов специальные средства, которые могут защитить их от усиленного износа и максимально продлить срок службы

Принцип работы гидравлического цилиндра | Гидроласт

Гидравлический цилиндр – это объёмный двигатель возвратно-поступательного или возвратно-поворотного движения. Гидроцилиндры широко применяют во всех отраслях техники. Например, в строительно-дорожных, землеройных, подъёмно-транспортных машинах, в авиации и космонавтике, в технологическом оборудовании — металлорежущих станках, кузнечно-прессовых машинах и т.п.

В простейшем случае основой конструкции гидроцилиндра является гильза, представляющая собой трубу с тщательно обработанной внутренней поверхностью. Внутри гильзы перемещается поршень, имеющий резиновые манжетные уплотнения, которые предотвращают перетекание рабочей жидкости из полостей цилиндра, разделенных поршнем. При подаче под давлением рабочей жидкости (специальные минеральные масла) в полость цилиндра поршень начинает перемещаться под действием давления жидкости.

Усилие от поршня передает шток – стержень, имеющий полированную поверхность. Для его направления служит грундбукса. С двух сторон гильзы укреплены крышки с отверстиями для подвода и отвода рабочей жидкости. Уплотнение между штоком и крышкой состоит из двух манжет, одна из которых предотвращает утечку жидкости из цилиндра, а другая служит грязесъемником. На резьбу штока крепится проушина или деталь, соединяющая шток с подвижным механизмом.

Проушина служит для подвижного закрепления корпуса гидроцилиндра. Управление работой гидроцилиндра осуществляется с помощью гидрораспределителя или с помощью средств регулирования гидропривода. Гидроцилиндры работают при высоких давлениях (до 32 Мпа), что налагает целый ряд требований к прочности и надежности всей конструкции системы (механизм, цилиндр, управление). Для того, чтобы вам было легче найти и купить гидроцилиндр, который будет устраивать вас по всем параметрам, рассмотрим их основные виды подробнее.

Гидроцилиндры одностороннего действия

Выдвижение штока осуществляется за счёт создания давления рабочей жидкости в поршневой полости, а возврат в исходное положение — от усилия пружины. Усилие, создаваемое гидроцилиндрами данного типа, при прочих равных условиях меньше усилия, создаваемого гидроцилиндрами двустороннего действия, за счёт того, что при прямом ходе штока необходимо преодолевать силу упругости пружины. Пружина выполняет здесь роль возвратного элемента. В тех случаях, когда возврат производится за счет действия приводимого механизма, другого гидроцилиндра или силы тяжести поднятого груза, гидроцилиндр может не иметь возвратной пружины ввиду отсутствия необходимости. Такой принцип действия применяется в домкратах.

Гидроцилиндры двустороннего действия

Как при прямом, так и при обратном ходе поршня усилие на штоке гидроцилиндра создаётся за счёт создания давления рабочей жидкости соответственно в поршневой и штоковой полости цилиндра. Следует иметь в виду, что при прямом ходе поршня усилие на штоке несколько больше, а скорость движения штока меньше, чем при обратном ходе, за счёт разницы в площадях, к которым приложена сила давления рабочей жидкости (эффективной площади поперечного сечения). Такие гидроцилиндры осуществляют, например, подъём-опускание отвала многих бульдозеров.

Телескопические гидроцилиндры

Называются так благодаря конструктивному сходству с телескопом или подзорной трубой. Такие гидроцилиндры применяются в том случае, если при небольших размерах самого гидроцилиндра в исходном, сложенном состоянии, необходимо обеспечить большой ход штока. Конструктивно представляют собой несколько цилиндров, вставленных друг в друга таким образом, что корпус одного цилиндра является штоком другого.

Такие гидроцилиндры имеют исполнение как для одностороннего, так и для двустороннего действия. Они осуществляют, например, подъём-опускание кузовов во многих самосвалах.

Дифференциальные гидроцилиндры

«Обычное» подключение поршневых гидроцилиндров двустороннего действия предусматривает поочередное подключение полостей гидроцилиндра к нагнетательной и сливной магистралям через распределитель, что обеспечивает движение поршня за счет разности давлений. Соотношение скоростей движения, а также усилий при прямом и обратном ходе, различны и пропорциональны соотношению площадей поршня. Между скоростью и усилием устанавливается зависимость: выше скорость — меньше усилие, и наоборот.

При рабочем ходе (выдвижении штока) жидкость от насоса подается в поршневую полость, вытесняемая же жидкость из штоковой полости, за счет кольцевого подключения (распределитель 3/2), направляется не в гидробак, а подается также в поршневую полость. В результате выдвижение штока происходит намного быстрее, чем в обычной схеме подключения (распределитель 4/2 или 4/3). Обратный ход (втягивание штока) происходит при подаче жидкости только в штоковую полость, поршневая соединена с гидробаком.

При использовании гидроцилиндра с соотношением площадей поршня 2:1 (в некоторых источниках именно такие гидроцилиндры называются дифференциальными) такая схема позволяет получить равные скорости и равные усилия прямого и обратного ходов, что для гидроцилиндров с односторонним штоком без регулирования или дополнительных элементов получить невозможно.

Механизмы с гибкими разделителями

К механизмам с гибкими разделителями относятся мембраны, мембранные гидроцилиндры и сильфоны. Мембраны применяют в основном при небольших перемещениях и небольших давлениях (до 1 МПа). Мембранный исполнительный механизм представляет собой защемленное по периферии корпуса эластичное кольцо.

При увеличении давления в подводящей камере эластичное кольцо прижимается к верхней части корпуса, и шток, связанный с эластичным кольцом, выдвигается. Обратный ход штока обеспечивает пружина. Сильфоны предназначены для работы при небольших давлениях (до 3 МПа). Их изготавливают из металлов и неметаллических материалов (резины или пластиков).

Металлические сильфоны бывают одно- и многослойные (до пяти слоев). Применение сильфонов оправдано в условиях высоких и низких температур, значение которых лимитируется материалом, из которого изготовлен сильфон. Сильфоны могут быть цельные или сварные. Цельные изготавливают развальцовкой тонкостенной бесшовной трубы.

На сегодняшний день самыми распространенными гидроцилиндрами являются поршневые гидроцилиндры двустороннего действия.

Чтобы вам легче было подобрать гидроцилиндр, нужно знать ряд его параметров. Сначала нужно определить диаметр гильзы (наружный и внутренний в мм). Затем — диаметр штока гидроцилиндра. Нужно определить диаметр проушин или вилок для поршневого гидроцилиндра, диаметр шаров, цапф и бугелей для телескопического гидроцилиндра.

Определить расстояние по центрам проушин (осям) гидроцилиндра в сложенном состоянии в мм, расстояние по центрам проушин (осям) гидроцилиндра в разложенном состоянии (выдвинутом штоке или штоках в мм). По разности двух длин можно определить ход штока гидроцилиндра.

Знание этих параметров существенно облегчит вам задачу по поиску необходимого гидроцилиндра. Если нет стандартного гидроцилиндра с требуемыми параметрами, необходимо заказать изготовление цилиндра по вашим требованиям.

Наши инженеры проконсультируют вас по всем вопросам выбора, изготовления, установки и ремонта гидроцилиндров для вашего оборудования.

Бензиновые двигатели: виды, принцип работы, преимущества бензиновых двигателей

Бензиновые двигательные агрегаты представляют собой особую разновидность двигателей внутреннего сгорания. В них изначально сжатая топливовоздушная смесь поджигается электроискрой, что приводит к ее воспламенению и расширению.

Практически все крупные автопроизводители (и модели, представленные в ГК Favorit Motors — не исключение) сегодня оснащают часть моделей (или комплектаций одной модели) именно двигателями, работающим на бензине класса А-92 или А-95.

Двигательная установка, потребляющая бензиновое топливо, состоит из следующих компонентов:

  • искровые свечи зажигания;
  • цилиндры;
  • клапаны;
  • поршень;
  • шатун;
  • коленвал.

Основным узлом бензинового двигателя является блок цилиндров с поршнями. Количество цилиндров зависит от модификации двигателя, их может быть четыре, шесть, восемь и более. Поршень, находящийся в каждом цилиндре, через шатун присоединяется к коленчатому валу. Сверху блок цилиндров закрыт головкой, в ней расположены впускные и выпускные клапаны – по паре на каждый цилиндр. Через них осуществляется подача топливовоздушной смеси и отвод отработанных газов.

Искровая свеча зажигания отвечает за воспламенение горючей смеси. При сгорании газы расширяются и приводят поршень вместе с головкой шатуна в поступательное движение «вверх-вниз». А головка шатуна, прикрепленная к коленвалу, осуществляет при этом вращательные движения по часовой стрелке.

Коленвал проворачивается на 360 градусов за два хода поршня в цилиндре (вверх и вниз). К коленвалу жестко крепится маховик, а к нему корзина сцепления – через нее крутящий момент мотора передается на коробку передач.

Мощностью бензинового двигателя управляют при помощи специальной дроссельной заслонки (дросселя). Дроссель регулирует подачу воздуха в цилиндры и образование воздушно-топливной смеси.

В старых автомобилях управление заслонкой осуществляется при помощи педали газа. А вот современные бензиновые силовые агрегаты – это высокотехнологичные механизмы, работой которых «руководит» электронный блок управления (в народе известный, как «мозги»). Дроссельная заслонка в таких авто изменяет свое положение при помощи электромотора, которым управляет электронный блок. А в педальном блоке имеется потенциометр, который изменяет силу сопротивления в зависимости от силы нажатия на педаль газа и посылает соответствующий сигнал на блок управления двигателем.

Особенности бензиновых двигателей

Автомобили, оснащенные бензиновыми силовыми агрегатами, имеют множество достоинств:

  • отменные динамические характеристики;
  • устойчивость к низким температурам;
  • низкий уровень вибраций и шума;
  • экономичность обслуживания;
  • долговечность моторов.

При одном и том же объеме мощность бензинового двигателя будет, как правило, выше, чем у дизельного мотора. Поэтому авто, работающее на бензине, станет отличным выбором для тех, кто любит чувствовать себя королем автострады. Кстати, недаром спорткары в подавляющем большинстве оснащаются именно бензиновыми моторами.

Бензиновые агрегаты дешевле в обслуживании, чем дизельные моторы. Периодичность ТО у них реже, чем у дизелей. И, кроме того, расходные материалы стоят дешевле.

Силовые агрегаты, работающие на бензине, менее требовательны к качеству топлива, чем дизели. Конечно, от низкокачественного горючего ухудшится динамика, но авто будет ехать. В худшем случае, придется через некоторое время чистить форсунки.

К особенностям современных бензиновых двигателей можно отнести еще и установку электропривода для повышения/понижения мощности вместо классического тросика на педали. Эта опция устанавливается практически на все модели с круиз-контролем и позволяет распределять топливо в оптимальном варианте.

Современная история бензиновых двигателей

Бензиновые двигатели нового поколения отличаются большим разнообразием – от самых простых до мощнейших. На моделях — как новых, так и б/у, — представленных в автосалоне ГК Favorit Motors, можно встретить силовые агрегаты различного объема и мощности, работающие на бензине. Каждый из них основывается на выработке механической энергии посредством поглощения топливовоздушной смеси.

Стоит заметить, что мощность и объем силового агрегата могут значительно различаться в зависимости от того, какие цели ставил перед собой завод-изготовитель. К примеру, Kia Venga оснащена бензиновым двигателем 1.4 литра мощностью в 90 лошадиных сил. Для городского компактного хэтчбэка этой мощности вполне хватит, чтобы владелец авто уверенно чувствовал себя на дорогах мегаполиса. А дорогостоящий Chevrolet Corvette имеет очень мощный силовой агрегат в 466 л.с., объемом 6.2 литра. Это позволяет ему не только брать быстрый старт, но и быть лидером на трассах.

Подборка б/у автомобилей Chevrolet

Как сохранить работоспособность бензинового двигателя при многолетней эксплуатации?

Надежность и износостойкость бензинового агрегата практически во всех случаях определяются применяемыми на производстве технологиями. Однако не все зависит от производителя.

Автовладелец должен внимательно следить за состоянием двигателя:

  • своевременно проводить техническое обслуживание;
  • контролировать качество потребляемого бензина и заливаемых в мотор расходных материалов;
  • выбирать умеренный стиль езды;
  • выполнять профилактические работы, предупреждающие появление дефектов.

Внешне неисправности бензинового силового агрегата могут проявляться следующим образом:

  • появление посторонних звуков и вибрации;
  • ухудшение динамических характеристик;
  • увеличение расхода топлива;
  • повышенный расход масла;
  • быстрое падение уровня охлаждающей жидкости;
  • изменение цвета выхлопа;
  • неустойчивая работа;
  • отказ запуска.

Сегодня в интернете достаточно информации, чтобы автолюбитель получил минимальные знания о своем двигателе и мог своевременно замечать начавшиеся неполадки. Разумеется, самостоятельно производить ремонтные работы не рекомендуется, так как можно только усугубить положение. Вне зависимости от того способа, по которому образуется топливовоздушная смесь (то есть карбюраторный двигатель или инжекторный), можно быстро и без ущерба для своего кошелька выполнить диагностику и ремонт руками профессионалов.

Никаких проблем с проведением диагностики и ремонта бензинового двигателя не возникнет, если обратиться в ГК Favorit Motors. Специалисты компании обладают необходимым опытом работы, а также сертификацией, подтверждающий уровень их компетенции. Доверив нам автомобиль, можно не беспокоиться о грамотности и качестве любой проводимой операции — от стандартной диагностики до сложных ремонтных работ на двигателе. Все работы выполняются в строгом соответствии с регламентом производителей.

В зависимости от типа повреждений, после проведения диагностических работ выбирается методика ремонта или корректировки текущих настроек в двигателе. Как уже было сказано, бензиновые двигатели изначально обладают более простым устройством, чем дизельные, а потому восстановительные работы не затянутся надолго и не обернутся большими затратами.

Услуги, предоставляемые ГК Favorit Motors, полностью соответствуют золотому правилу «цена-качество», благодаря чему можно провести необходимые работы выгодно и в максимально короткий срок.


Бензиновый и дизельные двигатели: кому достаётся больше?

БЕНЗИНОВЫЙ

Образование рабочей смеси и ее горение происходит
не так быстро, как в дизельном двигателе.

 

 

ДИЗЕЛЬНЫЙ

Дизельные двигатели более теплонапряжены,
работают на более бедных горючих смесях,
а смесеобразование и сгорание у них происходит
в сотни раз быстрее.

0,8-0,9 БАР 70-120° C

На такте впуска давление в цилиндре
ниже атмосферного — 0,8-0,9 бара.
Температура топливовоздушной смеси
из-за ее контакта с нагретыми деталями двигателя
и смешивания с остаточными раскаленными газами — 70-120 °C.

 

110-250 БАР 550-600° C

Воздух в цилиндре сжимается до давления
в 28-40 бар, нагреваясь до 550-600 °C,
иначе говоря — до температуры самовоспламенения
тяжелого жидкого топлива. У верхней
мертвой точки в цилиндр впрыскивается
топливо под давлением
110-250 бар

20-40 БАР 400-600° C

Когда поршень сжимает рабочую смесь,
давление в камере сгорания возрастает 
до 20-40 бар, сама же рабочая смесь
нагревается до 400-600° C.

 

 

40-80 БАР до 1800° C

Распыленное в среде горячего сжатого воздуха
топливо самовоспламеняется и сгорает
при температуре до 1800° C.
Поэтому часто говорят, что воспламенение 
топливной смеси дизельных двигателей
происходит «от сжатия».
Давление образовавшихся газов на поршень
составляет 40-80 бар.

0,03% СЕРЫ

Незадолго до верхней мертвой точки тепловоздушная
смесь воспламеняется от искры свечи зажигания
и сгорает при температуре 980-1100° C,
выделяя большое количество тепла.
Температура образовавшихся газовв цилиндре при
этом возрастает до 1800° C поршень
толкается под давлением порядка 40 бар.

 

40-80 БАР до 1800° C

Распыленное в среде горячего сжатого воздуха 
топливо самовоспламеняется и сгорает 
при температуре до 1800° C. Поэтому часто говорят,
что воспламенение топливной смеси
дизельных двигателей происходит «от сжатия». 
Давление образовавшихся газов на поршень 
составляет 40-80 бар.

Моторное масло QUARTZ INEO MC3 5W-30
 содержит самый современный пакет противоизносных
присадок, который позволит защитить бензиновый
двигатель от износа и обеспечить его максимальный
ресурс. Синтетическое базовое масло позволяет
выдерживать продленные интервалы замены
и свести к минимуму необходимость доливки
моторного масла в процессе эксплуатации автомобиля.

 

Пакет моюще-диспергирующих присадок в
моторном масле QUARTZ INEO MC3 5W-30
содержит все необходимые компоненты, способствующие
максимальному удалению сажи и нагаров, образующихся
при сгорании дизельного топлива,что позволяет получить
высокую степень чистоты двигателя.

Износ и отложения.Решение проблем

Для магистрального грузовика особенно важна безотказность работы двигателя на протяжении многих тысяч километров. И одно из обязательных условий для этого — чистота двигателя. Однако в реальной эксплуатации — при свойственных тягачам больших нагрузках и пробегах — приходится сталкиваться с образованием отложений и усиленным износом мотора. Сегодня рассказываем, от чего это происходит и как с этим бороться.

Даже в оптимальных режимах работы дизельного двигателя при сгорании топлива неизбежно образуются твердые частицы — сажа. Но мотору тягача часто приходится работать с высокими нагрузками. В таких условиях при увеличении подачи топлива сажеобразование повышается многократно. Далеко не все частички сажи покидают двигатель с выхлопными газами. Часть их прорывается вместе с газами в картер, попадает в моторное масло и циркулирует по двигателю, контактируя с деталями и вызывая их износ. Кроме того, из-за накопления сажи в объеме моторного масла растет его вязкость, что негативно сказывается на расходе топлива и даже может привести к масляному голоданию отдельных узлов мотора.

Как образуются отложения


Циркулирующее в двигателе моторное масло нагревается и постоянно контактирует с воздухом и продуктами сгорания топлива, что приводит к его окислению. При соприкосновении с горячими деталями — в первую очередь, поршнями и клапанами — процесс окисления масла значительно ускоряется. Результатом может стать образование на поверхностях двигателя твердых углеродистых отложений — нагара, лака и шлама.

Когда кое-где нагорает


Нагар образуется на сильно разогретых поверхностях — в камере сгорания, на клапанах, стенках цилиндра, днище поршня, на поршневых кольцах — и оказывает негативное влияние на работу двигателя. Из-за него поршневые кольца теряют подвижность в канавках и не обеспечивают должную компрессию в цилиндрах. В итоге мощность падает, а прорыв газов в картер и расход масла возрастают. Кроме того, нагар на поршнях полирует внутренние стенки цилиндров, уничтожая микронеровности, удерживающие масляную пленку, что ускоряет износ деталей.

Лакировка действительности


Лаком, применительно к отложениям в двигателе, называют тонкий слой твердого или клейкого углеродистого вещества, образующегося на несильно нагретых поверхностях — таких как юбка и внутренняя поверхность поршня, шатуны и поршневые пальцы, стержни клапанов и в нижней части поверхности цилиндров. Лак появляется из-за полимеризации тонкого слоя масла в присутствии кислорода и значительно ухудшает отвод тепла от покрытых им деталей и поверхностей, а также снижает устойчивость масляной пленки в цилиндрах.

Полный шлам


В результате окислительных реакций в масле образуются смолистые вещества. Эти смолы, а также сажа от несгоревшего топлива, водяной пар, кислоты и другие продукты конденсируются, слипаются в крупные частицы и в итоге образуют так называемый черный шлам, который представляет собой взвесь в масле из нерастворимых твердых частиц и смолистых веществ. Он увеличивает вязкость моторного масла, повышает риск закупорки масляных каналов и нарушения подачи масла к ответственным узлам двигателя.

Решение проблем


Rimula R6 LME в нашем магазине
Источник: vk.com/shell

Как работает двигатель?

Важно ли понимать устройство двигателя для обычного пользователя автомобиля? Это как минимум необходимо для правильной эксплуатации мотора. Например, знаете ли вы про 9-цилиндровый мотор БМВ или что такое объем двигателя? За пять минут расскажем просто обо всем важном.

Виды моторов

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой достаточно сложную конструкцию. Существуют двух- и четырехтактные двигатели. Наиболее распространены 4-тактные моторы в автомобилях и мотоциклах. Двухтактники также могут применяться в транспорте, но чаще их используют для некоторых видов водных и даже воздушных судов. Двухтактные моторы устанавливают в мотокосах, бензопилах и прочем строительном бензоинструменте.

Конструкторы успели придумать такое множество агрегатов, попадающих под определение ДВС. Мы будем рассматривать наиболее привычные варианты. Рассмотрим 4-тактный мотор. Чтобы понять порядок и принципы его работы, разберемся, из чего он состоит:

  • цилиндры, в которых располагаются поршни;
  • коленчатый вал;
  • газораспределительный механизм.

К этому добавим системы зажигания, подачи топлива и отвода отработанных газов, а также смазки и охлаждения двигателя.

Основные подходы к классификации силовых установок:

  1. По количеству цилиндров.
  2. По расположению цилиндров.
  3. По виду топлива.

1. Цилиндров чаще всего бывает от одного до шести. Более мощные автомобили могут использовать, например, 8, 12 или 16 цилиндров.

2. В рядном двигателе цилиндры на коленчатом валу располагаются один за другим в ряд. Увеличить мощность двигателя без существенного изменения размеров можно путем удвоения количества цилиндров. При этом один ряд поршней располагается относительно второго ряда под углом 90 градусов. Такой тип двигателя называется V-образным. Существует еще и оппозитный тип мотора, когда два ряда поршней располагаются под углом 180 градусов. Такие двигатели, например, применяются в автомобилях Subaru. За счет особенностей расположения цилиндров автомобиль получает более низкий центр тяжести и вибрацию при работе, а также минимальную высоту капота.

3. ДВС может работать на бензине и дизтопливе. Отличие заключается в том, что в бензиновом моторе топливо подается смешанное с воздухом и зажигается с помощью искры от свечи. У дизельного мотора топливо и воздух подаются раздельно, воспламенение происходит от высокой температуры сжатого газа. Вместо бензина в двигателе со смешанным топливом может использоваться газ, например, метан.

В одной модели автомобиля часто используется целая линейка двигателей с разными характеристиками на выбор покупателя. Например, в популярной BMW 5-й серии (Е60) может использоваться рядный 4-цилиндровый дизельный двигатель (M47), рядный 6-цилиндровый турбодизель (М57) или мощный 10-цилиндровый бензиновый V-образник (S85).

А вот 9-цилиндровый двигатель БМВ ставили на самолеты, и располагались цилиндры относительно друг друга в виде звезды.

Порядок работы двигателя

Вернемся к двух- и четырехтактным двигателям. Конструкции двухтактных моторов могут сильно различаться и быть как проще, так и намного сложнее четырехтактных собратьев. За счет меньшего количества оборотов мощность двухтактников выше, но экономичность хуже. Маленькие по размерам и мощности моторы не требуют сложной системы охлаждения, масло для смазки добавляется непосредственно с топливом в камеру сгорания.

Один такт – это движение поршня внутри цилиндра вверх или вниз. Работа 4-тактного мотора состоит из:

  • впуска;
  • сжатия;
  • рабочего хода;
  • выпуска.

У двухтактной силовой установки впуск происходит во время сжатия (первый такт), а рабочий ход совмещен с выпуском отработанных газов (второй такт).

Теперь подробнее о четырехтактном процессе.

В цилиндре находится поршень, который с помощью шатуна крепится к коленвалу. Сверху цилиндра находятся впускные и выпускные клапаны, а также свеча. Внутренний объем всех цилиндров составляет так называемый объем двигателя.

Поршень может находиться в верхней точке цилиндра (верхняя мертвая точка), нижней (нижняя мертвая точка) или перемещаться между ними.

В первом такте открывается впускной клапан и поршень опускается. Таким образом, цилиндр наполняется либо смесью топлива и воздуха, либо только воздухом (для дизельного мотора).

Во втором такте поршень идет вверх, сжимая содержимое и параллельно увеличивая его давление и температуру. В конце такта свеча зажигания создает искру, в результате чего происходит детонация топливной смеси в бензиновом двигателе. В дизельном же свеча не используется, а топливо подается в последний момент такта, которое возгорается за счет высокого давления и температуры воздуха.

В третьем и основном такте работы мотора высвобождаемая от взрыва энергия двигает поршень вниз. Именно в этот момент создается сила, которая заставляет коленчатый вал вращаться, а от него вращается и маховик двигателя.

На четвертом такте поршень поднимается к верхней мертвой точке при открытом выпускном клапане. При этом удаляются отработанные газы. Далее цикл из четырех тактов повторяется.

Если в двигателе используется несколько цилиндров, движение их поршней управляется газораспределительным механизмом таким образом, чтобы цилиндры одновременно находились на разных тактах. Систем управления газораспределением существует несколько − от механических распредвалов до электронных процессоров.

Все движимые детали обязательно должны охлаждаться и смазываться. Температура в момент детонации достигает нескольких тысяч градусов. Охлаждение, как правило, производится с помощью жидкости, которая отбирает тепло у деталей двигателя. Далее жидкость сама должна охладиться и снова вернуться в мотор. Превышение допустимых температур может привести к практически моментальному разрушению силовой установки.

В легковых автомобилях количество оборотов коленвала может достигать восьми тысяч в минуту. Для минимизации механического износа система смазки должна работать идеально. Поэтому важно следить за уровнем моторного масла и работоспособностью масляного насоса. Системы смазки и охлаждения могут страдать из-за загрязнения, что ведет к сужению или перекрытию каналов движения жидкостей.

Глава 3a — Первый закон — Закрытые системы

Глава 3a — Первый закон — Закрытые системы — Энергия (обновлено 17.01.11)

Глава 3: Первый закон термодинамики для Закрытые системы

а) Уравнение энергии для замкнутых систем

Мы считаем, что первый закон термодинамики применен к стационарным замкнутым системам как принцип сохранения энергии. Таким образом, энергия передается между системой и окружающей средой в форма тепла и работы, в результате чего изменяется внутренняя энергия системы.Изменение внутренней энергии можно рассматривать как меру молекулярной активности, связанной с изменением фазы или температуры системы и уравнение энергии представляется в следующем виде:

Тепло (кв.)

Энергия, передаваемая через границу системы в форма тепла всегда возникает из-за разницы температур между системой и ее непосредственным окружением. Мы не будем рассмотрите режим теплопередачи, будь то теплопроводность, конвекция или излучение, таким образом, количество тепла, переданного во время любого процесс будет либо указан, либо оценен как неизвестный уравнение энергии.По соглашению, положительное тепло — это то, что передается из окружающей среды в систему, что приводит к увеличению внутренняя энергия системы

Работа (Вт)

В этом курсе мы рассматриваем три режима работы перенос через границу системы, как показано ниже диаграмма:

В этом курсе мы в первую очередь Граничные работы из-за сжатия или расширения системы в поршневой цилиндр, как показано выше. Во всех случаях мы предполагаем идеальное уплотнение (отсутствие массового расхода в системе и из нее), отсутствие потерь из-за трение и квазиравновесные процессы в том, что для каждого инкрементное движение поршня условия равновесия поддерживается.По соглашению, положительная работа — это работа, выполняемая системой на окружение, а негативная работа — это работа окружения в системе, Таким образом, поскольку отрицательная работа приводит к увеличению внутренней энергии системы, этим объясняется отрицательный знак в приведенное выше уравнение энергии.

Граничная работа оценивается путем интегрирования силы F умноженное на инкрементное расстояние, перемещенное d x между начальное состояние (1) до конечного состояния (2). Обычно мы имеем дело с поршневое устройство, таким образом, сила может быть заменена поршневой площадь A, умноженная на давление P, что позволяет заменить A. г х при изменении объема d V, следующим образом:

Это показано на следующей схематической диаграмме, где напомним, что интегрирование может быть представлено областью под Кривая.

Обратите внимание, что работа выполнена по пути Функция , а не свойство, поэтому она зависит от пути процесса между начальным и конечным состояния. Напомним в Главе 1 , что мы ввели типичный процесс маршрутов интереса:

  • Изотермический (процесс с постоянной температурой)

  • Изохорная или Изометрический (процесс постоянного объема)

  • Изобарический (процесс постоянного давления)

  • Адиабатический (отсутствие теплового потока к системе или от нее во время процесса)

Иногда бывает удобно оценить конкретную выполненную работу, которую можно представить в виде диаграммы P-v , таким образом, если масса системы m [кг] окончательно имеем:

Отметим, что работа, проделанная системой на окружение (процесс расширения) положительное, и это было сделано на система окружением (процесс сжатия) отрицательна.

Наконец для закрытой системы Вал Работа (за счет лопастного колеса) и Электромонтажные работы (из-за напряжения, приложенного к электрическому резистору или двигатель, приводящий в движение лопастное колесо) всегда будет отрицательным (работа выполняется на система). Положительные формы работы вала, например, из-за турбина, будет рассмотрена в главе 4, когда мы обсудим открытые системы.

Внутренняя энергия (ед.)

Третий компонент нашей замкнутой системы энергетики Уравнение — это изменение внутренней энергии в результате передачи тепла или работы.Поскольку удельная внутренняя энергия является свойством системы, он обычно представлен в таблицах свойств, например в Steam Таблицы . Рассмотрим, например, следующая решенная проблема.

Решенная задача 3.1 — Отзыв Решенная проблема 2.2 в главе , в котором мы представили постоянную процесс давления. Мы хотим расширить задачу, включив в нее энергию взаимодействия процесса, поэтому мы повторяем это следующим образом:

Два килограмма воды при 25 ° C помещают в устройство поршневого цилиндра под 3.Давление 2 МПа, как показано на диаграмме (Состояние (1)). В воду добавляется тепло при постоянном давлении до тех пор, пока температура пара достигает 350 ° С (Состояние (2)). Определять работа, выполняемая жидкостью (W), и тепло, передаваемое жидкости (Q) во время этого процесса.

Подход к решению:

Сначала рисуем схему процесса, включающую все соответствующие данные следующие:

Обратите внимание на четыре вопроса справа от диаграмму, которую мы всегда должны спрашивать, прежде чем пытаться решить любую термодинамическая проблема.С чем мы имеем дело — жидкостью? чистая жидкость, например пар или хладагент? идеальный газ? В данном случае это пар, поэтому мы будем использовать таблицы пара для определения различных свойств в различных штатах. Дана масса или объем? Если да, то мы будем укажите и оцените уравнение энергии в килоджоулях, а не в удельные количества (кДж / кг). А как насчет энтропии? Не так быстро — мы еще не считали энтальпию (ниже) — терпеливо подождите, пока Глава 6 .

Так как в работе задействован интеграл П. d v ср Считаем удобным набросать схему проблемы P-v как следует:

Обратите внимание на диаграмму P-v , как мы определяем конкретная проделанная работа отображается как область под кривой процесса. Мы также обратите внимание, что в области сжатой жидкости постоянная температура линия по существу вертикальная. Таким образом, все значения собственности в State (1) (сжатая жидкость при 25 ° C) можно определить по насыщенному Жидкие значения таблицы при 25 ° C.

Энтальпия (ч) — новый объект недвижимости

В следующих тематических исследованиях мы обнаруживаем, что один из основные приложения уравнения энергии замкнутой системы находятся в процессы теплового двигателя, в которых система аппроксимируется идеальным газа, поэтому разработаем соотношения для определения внутренней энергии для идеального газа.Мы также обнаружим, что новое свойство под названием Энтальпия будет полезен как для закрытых систем, так и в частности для открытых систем, таких как компоненты паровых электростанций или холодильные системы. Энтальпия не является фундаментальным свойством, однако представляет собой комбинацию свойств и определяется следующим образом:

В качестве примера использования в закрытых системах, рассмотрим следующий процесс постоянного давления:

Применяя уравнение энергии, получаем:

Однако, поскольку давление постоянно процесс:

Подставляем в уравнение энергии и упрощаем:

Значения удельной внутренней энергии (u) и удельной энтальпия (ч) доступна в Steam Таблицы , однако для идеальных газов это необходимо разработать уравнения для Δu и Δh с точки зрения удельного Тепловые мощности.Мы развиваем эти уравнения в терминах дифференциальная форма уравнения энергии на следующей веб-странице:

специфический Теплоемкости идеального газа

Мы предоставили стоимость недвижимости для различных идеальных газов, включая газовую постоянную и удельную теплоемкость в следующая веб-страница:

Недвижимость различных идеальных газов (при 300 К)

__________________________________________________________________

К части b) Закона Первый закон — Цикл Стирлинга,

К части c) Закона Первый закон — Дизельные двигатели

К части d) Закона Первый закон — Цикл Отто

______________________________________________________________________________________


Инженерная термодинамика, Израиль Уриэли под лицензией Creative Общедоступное авторское право — Некоммерческое использование — Совместное использование 3.0 Соединенные Штаты Лицензия

Что такое поршень и для чего он нужен

Поршень лежит в основе поршневого двигателя. Он состоит из движущейся круглой металлической части с поршневыми кольцами для обеспечения герметичного уплотнения после установки внутри цилиндра двигателя. Поршень прикреплен через поршневой / поршневой палец к шатуну, который, в свою очередь, соединен с коленчатым валом.

В четырехтактных (бензиновых и дизельных) двигателях автомобилей процесс впуска, сжатия, сгорания и выпуска происходит над поршнем в головке блока цилиндров, что заставляет поршень двигаться вверх и вниз (или внутрь и наружу в плоском двигателе. ) внутри цилиндра, что приводит к проворачиванию коленчатого вала.

Из чего сделан поршень?

Компоненты двигателя должны быть износостойкими для долговечности и легкими для повышения эффективности.

В результате поршни обычно изготавливаются из алюминиевого сплава, но поршневые кольца (обычно состоящие сверху вниз, компрессионное кольцо, грязесъемное кольцо и масляное кольцо) изготавливаются из чугуна или стали.

Масляное кольцо вытирает масло со стенок цилиндра при движении поршня, но со временем оно и другие кольца могут изнашиваться, позволяя маслу из картера двигателя перемещаться в камеру сгорания.

Чрезмерный расход масла и белый дым из выхлопных труб указывают на износ поршневых колец.

Двигатели внутреннего сгорания могут работать с одним цилиндром и, следовательно, с одним поршнем (мотоциклы и бензиновые газонокосилки) или с 12 двигателями, но у большинства автомобилей их четыре или шесть.

Радиальные двигатели, обычно используемые в винтовых самолетах, имеют нечетное количество цилиндров и поршней для более плавной работы.

Поршни также используются в двигателях внешнего сгорания, также известных как паровые двигатели, где вода нагревается в котле, а образующийся пар используется для приведения в движение пары поршней (обычно) во внешних цилиндрах, которые затем приводят в движение колеса.Роторные двигатели не имеют цилиндров или поршней.

Термодинамика

— Работа, выполняемая поршнем, по сравнению с работой, выполняемой окружающими

Просто для комментария;

Очень интересный вопрос. Это кажется парадоксальным. Купите, в вашей задаче указаны условия для трения и массы поршня, но нет ограничений для передачи тепла внутрь и наружу или изменения температуры. Так что это неполная проблема; мне кажется, что благодаря этому несовершенству может существовать разумно возможный путь к бегству.Удобно, что не упоминается о «различном» давлении внутри и снаружи шприца даже после того, как стержень был удален.

Если мы теперь предположим, что газ внутри шприца является идеальным газом, то поведение $ P_ {gas} $ как функции от $ V $ удовлетворяет $ P_ {gas} (V) V = nRT $, поэтому $$ P_ {gas} (V) = nRT / V $$ , но там вообще нет предположения, что температура не меняется .

Итак, что было бы $ P_ {gas} (V) $, если мы предположим предел, при котором цилиндр вообще не получает энергии, т.е.е. настолько медленный, что не получает кинетической энергии? Для этого всегда должно быть так, чтобы $ P_ {gas} dV = P_ {ext} dV $, поэтому $$ P_ {gas} = P_ {ext} $$ всегда будет доволен. Единственный способ заставить его это сделать — удобно изменить температуру; если мы внесем даже небольшое количество энергии в кинетическую энергию шприца из-за следующего «изъятого утверждения».

То есть температуру газа в шприце можно и нужно применять как функцию от $ V $ в следующей форме; $$ P_ {gas} (V) = P_ {ext} = nRT_ {gas} (V) / V $$ Так, $$ T_ {gas} (V) = P_ {ext} V / nR $$

Это означает, что если температура в шприце может быть изменена таким образом, физически возможная ситуация может быть создана искусственно.

◆ Следующее заявление отозвано 28 апреля 2021 г. : Пусть S будет площадью поперечного сечения поршня.

Когда газ внутри шприца расширяется (т.е. $ P_ {gas}> P_ {ext} $), поршень получает силу $ F_1 = P_ {gas} S $ от газа внутри шприца в направлении газа. расширение.

С другой стороны, в этом случае на шприц действует сила $ F_2 = -P_ {ext} S $ от газа вне шприца в направлении расширения газа.

Следовательно, общая сила, воспринимаемая шприцем, равна $ F_ {sir} = F_1 + F_2 = (P_ {gas} — P_ {ext}) S $ в направлении расширения газа.{V_2} (P_ {gas} — P_ {ext}) dV $$

Если нет трения или силы, тормозящей поршень, то разница между $ W_ {ext} $ и $ {W} _ {поршнем} $ (то есть $ {W} _ {sir} $), кажется, имеет некуда идти, кроме кинетической энергии цилиндра.

В такой ситуации. Если масса цилиндра бесконечно равна нулю, не будет ли скорость цилиндра бесконечно большой? Мне кажется, что это было бы физически невозможной ситуацией.

Диаметр цилиндра и ход поршня

Диаметр цилиндра и ход поршня
Гленн

Исследовательский центр
Центр

На этой странице мы представляем некоторые технические определения, которые используются описать двигатель внутреннего сгорания.На рисунке показана компьютерная анимация одного цилиндра братьев Райт. Авиадвигатель 1903 года. Небольшой раздел коленчатый вал показан красным, поршень и шток показаны серым, а цилиндр, содержащий поршень, показан синим цветом. Мы сократили цилиндр, чтобы мы могли заметить движение поршня.

Коленчатый вал делает один оборот при движении поршня. сверху цилиндра (внизу слева на рисунке) вниз (вверху справа) и обратно вверх.Поскольку поршень соединен с коленчатым валом, можно отметить движение поршня по углу поворота коленчатого вала.

Нулевые градусы возникают, когда поршень находится в верхней части цилиндра. С тех пор составляют 360 градусов за один оборот, поршень находится внизу, когда угол поворота коленвала составляет 180 градусов. Расстояние, пройденное поршнем от нуля градусов до 180 градусов называется ходом — S поршня. Это объясняет, почему двигатель Райта и современные автомобильные двигатели называют четырехтактные двигатели.2/4

Этот объем называется рабочим объемом , потому что Работа выполняется движущимся газом под давлением, равным давлению газа, умноженному на объем перемещаемого газа. Для своего двигателя 1903 года братья Райт выбрали диаметр цилиндра 4 дюйма и диаметр цилиндра. ход 4 дюйма. Объем рабочей жидкости для одного поршня составляет 50,26 куб. дюймы. Братья использовали четыре поршня, так что сумма всех рабочих объем 201 куб. дюйм. Для любого двигателя внутреннего сгорания сумма все рабочие объемы всех цилиндров называется полным рабочим объемом двигателя.


Действия:

Экскурсии с гидом

Навигация ..


Руководство для начинающих Домашняя страница

Поршни | Mein Autolexikon

Во время рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания энергия, связанная с топливом, преобразуется в тепло и давление в цилиндре за очень короткий промежуток времени. Этот процесс носит взрывной характер. Это вызывает температуру и давление …

Функция

Во время рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания энергия, связанная с топливом, преобразуется в тепло и давление в цилиндре за очень короткий промежуток времени.Этот процесс носит взрывной характер. Это приводит к значительному повышению температуры и давления в цилиндре за доли секунды.

Поршень — подвижная часть камеры сгорания. Он отвечает за преобразование энергии, высвобождаемой в процессе сгорания, в механическую работу. Поршень также выполняет ряд других важных задач:

  • Герметизирует камеру сгорания
  • Направляет шатун (в двигателях с стволовыми поршнями)
  • Отводит тепло, выделяемое в камере сгорания
  • Поддерживает газообмен ( посредством всасывания и выпуска газа)
  • Поддерживает приготовление смеси за счет специальной конструкции поверхности поршня со стороны камеры сгорания, известной как днище поршня.
  • В нем размещены уплотнительные элементы (поршневые кольца).

Зоны

По своей основной конструкции поршень представляет собой полый цилиндр, герметизированный с одной стороны. Он состоит из следующих частей:

  • Головка поршня с кольцевым ремнем, ступица поршня
  • и вал
  • .

Головка поршня передает силы сжатия, возникающие при сгорании топливовоздушной смеси, на коленчатый вал через ступицу поршня, головку поршня и шатун.

Функциональность поршня

Поршень подвергается воздействию различных сил. Когда двигатель работает, он постоянно движется вверх и вниз в цилиндре. В каждой точке поворота он резко тормозится, а затем снова ускоряется, что создает силы инерции массы, действующие на поршень. Вместе с силами, создаваемыми давлением газа, они образуют поршневую силу.

Поршневое усилие передается на шатун и коленчатый вал. Однако шатун находится строго вертикально только в верхней и нижней точках разворота (известной как мертвая точка).Наклон шатуна толкает поршень в сторону, то есть к стенке цилиндра. Степень этой силы (также известная как боковая сила или нормальная сила) несколько раз меняет направление в течение рабочего цикла. Он определяется силой поршня и углом головки поршня по отношению к оси шатуна. Боковая сила может быть получена из параллелограмма сил.

Каждый поршень оснащен поршневыми кольцами. Поршневые кольца должны изолировать камеру сгорания и рабочее пространство от картера и снимать масло со стенок цилиндра, тем самым регулируя расход масла.Они также должны отводить тепло, поглощаемое поршнем при сгорании, в охлаждаемый цилиндр цилиндра.

Защита окружающей среды

Конструкция, конструкция и состав материала поршней, используемых в современных двигателях внутреннего сгорания, являются важным фактором в достижении низкого уровня выбросов и полного сгорания. Кроме того, современные поршни конструктивно снижают трение и расход масла. Тем самым они вносят существенный вклад в защиту окружающей среды и сохранение ресурсов.

Амортизация

Чтобы поршень надежно выполнял свою задачу в течение всего срока службы автомобиля, в бензиновых двигателях можно использовать только топливо с октановым числом, указанным производителем. Это также относится к свечам зажигания, которые также необходимо регулярно проверять. Если используется биотопливо, масло необходимо менять гораздо чаще.

Кроме того, во время осмотра и технического обслуживания необходимо следить за тем, чтобы использовались только моторные масла, одобренные производителем двигателя.Также необходимо проверить давление масла. Если давление масла слишком низкое, масляный насос может быть изношен, масляный фильтр может быть загрязнен, клапан избыточного давления в масляном насосе может быть неисправен или масло могло стать разбавленным. Водитель также должен регулярно проверять уровень масла и при необходимости доливать.

Скользящий поршень — обзор

6.1 Тонкая цилиндрическая гильза круглого сечения

Проблема, при которой возникают комбинированные напряжения, заключается в цилиндрической гильзе под внутренним давлением.Предположим, что на длинную круглую оболочку действует внутреннее давление p , которое может быть вызвано жидкостью или газом, заключенными внутри цилиндра, рис. 6.1. Внутреннее давление, действующее на длинные стороны цилиндра, вызывает окружное напряжение в стенке цилиндра; если концы цилиндра закрыты, давление, действующее на эти концы, передается на стенки цилиндра, создавая продольное напряжение в стенках.

Рисунок 6.1. Длинная тонкая цилиндрическая оболочка с закрытыми концами под внутренним давлением.

Предположим, что r — это средний радиус цилиндра, и что его толщина t мала по сравнению с r . Рассмотрим единицу длины цилиндра вдали от закрытых концов, рисунок 6.2; Предположим, мы разрезаем эту единицу длины по диаметральной плоскости, как показано на рисунке 6.2. Растягивающие напряжения, действующие на разрезанные секции, составляют 1 , действующие по окружности, и σ 2 , действующие в продольном направлении. Внутри полукорпуса имеется внутреннее давление p .Рассмотрим равновесие полуоболочки в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, как показано на рисунке 6.3; общая сила внутреннего давления p в направлении OA составляет

Рисунок 6.2. Окружные и продольные напряжения в тонком цилиндре с закрытыми концами под внутренним давлением.

Рисунок 6.3. Вывод окружного напряжения.

, потому что мы имеем дело с единицей длины цилиндра. Этой силе противодействуют напряжения σ 1 ; для равновесия мы должны иметь

Тогда

Мы назовем это окружным (или кольцевым) напряжением .

Теперь рассмотрим любое удаленное от концов поперечное сечение цилиндра, рис. 6.4; общая продольная сила на каждом закрытом конце из-за внутреннего давления составляет

Рисунок 6.4. Вывод продольного напряжения.

На любом участке этому сопротивляются внутренние напряжения σ 2 , рисунок 6.4. Для равновесия у нас должно быть

, что дает

. Мы назовем это продольным напряжением . Таким образом, продольное напряжение σ 2 составляет только половину окружного напряжения σ 1 .

Напряжения, действующие на элемент стенки цилиндра, состоят из окружного напряжения σ 1 , продольного напряжения σ 2 и радиального напряжения p на внутренней поверхности элемента, рисунок 6.5. Поскольку (r / t) намного больше единицы, p мало по сравнению с σ 1 и σ 2 . Напряженное состояние стенки цилиндра тогда приближается к простой двумерной системе с главными напряжениями σ 1 и σ 2 .

Рисунок 6.5. Напряжения, действующие на элемент стенки круглой цилиндрической оболочки с закрытыми торцами под внутренним давлением.

Таким образом, максимальное напряжение сдвига в плоскости σ 1 и σ 2 составляет

Это не максимальное напряжение сдвига в стенке цилиндра, поскольку в плоскости σ 1 и p , максимальное напряжение сдвига составляет

, поскольку p пренебрежимо мало по сравнению с σ 1 ; опять же, в плоскости σ 2 и p максимальное напряжение сдвига составляет

Наибольшее из этих максимальных напряжений сдвига определяется уравнением (6.3); это происходит в плоскости под углом 45 ° к касательной и параллельно продольной оси цилиндра, рисунок 6.5 (iii).

Окружные и продольные напряжения сопровождаются прямыми деформациями. Если материал цилиндра эластичный, соответствующие деформации равны

(6.4) ɛ1 = 1E (σ1 − vσ2) = prEt (1−12v) ɛ1 = 1E (σ2 − vσ1) = prEt (12 − ​​v)

Таким образом, окружность цилиндра увеличивается на небольшую величину 2πr37 1 ; поэтому увеличение среднего радиуса составляет r is 1 , Увеличение длины единицы длины цилиндра составляет ɛ 2 , поэтому изменение внутреннего объема единицы длины цилиндра составляет

δV = π (r + rɛ1) 2 (1 + ɛ2) −πr2

Таким образом, объемная деформация равна

δVπr2 = (1 + ɛ1) 2 (1 + ɛ2) −1

Но 1 и ɛ 2 малы величин, поэтому объемная деформация составляет

(1 + ɛ1) 2 (1 + ɛ2) −1 = ˙ (1 + 2ɛ1) (1 + ɛ2) −1 = ˙ɛ1 + ɛ2

В терминах σ 1 и σ 2 это становится

(6.5) 2ɛ1 + ɛ2 = prEt [2 (1−12v) + (12 − ​​v)] = prEt (52−2v)

Задача 6.1

Тонкая цилиндрическая оболочка имеет внутренний диаметр 20 см и 0,5 см. толстый.

Он подвергается внутреннему давлению 3,5 МН / м 2 . Оцените окружные и продольные напряжения, если концы цилиндров закрыты.

Решение

Из уравнений (6.1) и (6.2),

σ1 = prt = (3,5 × 106) (0,1025) / (0,005) = 71,8 МН / м2

и

σ2 = pr2t = (3.5 × 106) (0,1025) / (0,010) = 35,9 МН / м2

Задача 6.2

Если концы цилиндра в Задаче 6.1 закрываются поршнями, скользящими в цилиндре, оцените окружные и продольные напряжения.

Решение

Эффект принятия конечного давления на скользящие поршни заключается в устранении силы, действующей на цилиндр, вызывающей продольное напряжение. Как и в задаче 6.1, окружное напряжение равно

, но продольное напряжение равно нулю.

Задача 6.3

Труба внутренним диаметром 10 см и 0.Изготовлен из мягкой стали толщиной 3 см с пределом текучести 375 МН / м 2 . Каково максимально допустимое внутреннее давление, если коэффициент напряжения при максимальном напряжении сдвига должен быть равен 4?

Решение

Наибольшее допустимое максимальное напряжение сдвига составляет

14 (12 × 375 × 106) = 46,9 МН / м2

Наибольшее напряжение сдвига в цилиндре составляет

Тогда

p = 2tr (τmax) = 2 × 0,0030,0515 × (46,9 × 106) = 5,46 МН / м2

Задача 6.4

Две плиты котла, каждая толщиной 1 см, соединены двухклепочным стыковым соединением с двумя накладками, каждая 0.Толщина 6 см. Заклепки имеют диаметр 2 см и шаг 0,90 см. Внутренний диаметр котла 1,25 м, давление 0,8 МН / м 2 . Оцените напряжение сдвига в заклепках и растягивающее напряжение в плитах котла и крышках.

Решение

Предположим, что заклепки расположены в шахматном порядке с каждой стороны соединения. Тогда одна заклепка принимает на себя окружную нагрузку, связанную с длиной котла 1 /2 (0,090) = 0,045 м. Нагрузка на заклепку

[12 (1.25)] (0,045) (0,8 × 106) = 22,5 кН

Площадь заклепки

π4 (0,02) 2 = 0,314 × 10−3м2

Нагрузка 22,5 кН принимается при двойном сдвиге, а напряжение сдвига в заклепке тогда составляет

12 (22,5 × 103) / (0,314 × 10−3) = 35,8 МН / м2

Отверстия для заклепок в пластинах приводят к потере ширины пластины на 2 см в каждых 9 см линии заклепки. Тогда эффективная площадь котельной плиты на длине 9 см составляет

(0,010) (0,090-0,020) = (0,010) (0,070) = 0,7 × 10-3 м2

Растягивающая нагрузка, воспринимаемая этой площадью, составляет

12 ( 1.25) (0,090) (0,8 × 106) = 45,0 кН

Таким образом, среднее окружное напряжение в плитах котла составляет

σ1 = 45,0 × 1030,7 × 10−3 = 64,2 МН / м2

Это происходит в области клепаное соединение. Вдали от соединения окружное растягивающее напряжение составляет

σ1 = prt = (0,8 × 106) (0,625) (0,010) = 50,0 МН / м2

В накладках окружное напряжение растяжения составляет

45,0 × 1032 ( 0,006) (0,070) = 53,6 МН / м2

Продольные растягивающие напряжения в пластинах в области соединения трудно оценить; за исключением того, что очень близко к отверстиям для заклепок, напряжение будет

Задача 6.5

Длинная стальная труба с внутренним диаметром 7,5 см и толщиной 0,15 см имеет закрытые концы и подвергается внутреннему давлению жидкости 3 МН / м 2 . Если E = 200 GN / м 2 и v = 0,3, оцените процентное увеличение внутреннего объема трубы.

Solution

Окружное напряжение растяжения составляет

σ1 = prt (3 × 106) (0,0383) (0,001) = 76,6 МН / м2

Продольное напряжение растяжения составляет

Окружная деформация составляет

, а продольная деформация равно

Объемная деформация тогда равна

2ɛ1 + ɛ2 = 1E [2σ1−2vσ2 + σ2 − vσ1)] = 1E [σ1 (2 − v) + σ2 (1-2v)]

Таким образом,

2ɛ1 + ɛ2 = (76.6 × 106) [(2−0,3) + (1−0,6)] 200 × 109 = (76,6 × 106) (1,9) (200 × 109) = 0,727 × 10−3

Таким образом, процентное увеличение объема составляет 0,0727 %

Задача 6.6

Стальной воздушный сосуд имеет длину 2 м; он имеет внешний диаметр 45 см и толщину 1 см. Найдите увеличение внешнего диаметра и увеличение длины при внутреннем давлении воздуха 1 МН / м 2 .

Раствор

Для стали берем

E = 200GN / m2, v = 0.3

Средний радиус судна r = 0,225 м; тогда окружное напряжение составляет

σ1 = prt = (1 × 106) (0,225) 0,010 = 22,5 МН / м2

Продольное напряжение составляет

Таким образом, окружная деформация составляет

ɛ1 = 1E (σ1 − vσ2) = σ1E (1−12v) = (22,5 × 106) (0,85) 200 × 109 = 0,957 × 10−4

Продольная деформация

ɛ2 = 1E (σ2 − vσ1) = σ1E (12 − ​​v) = (22,5 × 106) (0,2) 200 × 109 = 0,225 × 10−4

Тогда увеличение внешнего диаметра составит

0.450 (0,957 × 10–4) = 0,430 × 10–4 м = 0,0043 см

Увеличение длины

2 (0,225 × 10–4) = 0,450 × 10–4 м = 0,0045 см

Задача 6,7

A тонкая цилиндрическая оболочка подвергается внутреннему давлению жидкости, концы закрываются:

(a)

двумя водонепроницаемыми поршнями, прикрепленными к общему штоку поршня;

(б)

фланцевые концы.

Найдите увеличение внутреннего диаметра в каждом случае, учитывая, что внутренний диаметр равен 20 см, а толщина равна 0.5 см, коэффициент Пуассона равен 0,3, модуль Юнга составляет 200 ГН / м 2 , а внутреннее давление составляет 3,5 МН / м 2 . (RNC)

Решение

У нас есть

p = 3,5 МН / м2, r = 0,1 м, t = 0,005 м

В обоих случаях окружное напряжение составляет

σ1 = prt = (3,5 × 106) (0,1) (0,005) = 70 МН / м2

(a)

В этом случае продольное напряжение отсутствует. Тогда окружная деформация составляет

ɛ1 = σ1E = 70 × 106200 × 109 = 0,35 × 10−3

Увеличение внутреннего диаметра составляет

0.2 (0,35 × 10-3) = 0,07 × 10-3 м = 0,007 см

(б)

В этом случае продольное напряжение равно

σ2 = pr2t = 35 МН / м2

Окружная деформация равна поэтому

ɛ1 = 1E (σ1 − vσ2) = σ1E (1−12v) = 0,85σ1E = 0,85 (0,35 × 10−3) = 0,298 × 10−3

Таким образом, увеличение внутреннего диаметра составляет

0,2 (0,298 × 10–3) = 0,0596 × 10–3 м = 0,00596 см

Уравнения (6.1) и (6.2) предназначены для определения напряжения в идеальных тонкостенных круговых цилиндрических оболочках.Если, однако, круглый цилиндр изготовлен так, что его соединения более слабые, чем остальная часть сосуда, то уравнения (6.1) и (6.2) принимают следующие модифицированные формы:

(6.6) σ1 = кольцевое или окружное напряжение. = prηct

(6,7) σ2 = продольное напряжение = pr2ηct

, где

ηc = эффективность кольцевого соединения ≤1ηL = эффективность продольного соединения≤1

NB

Окружное напряжение связано с эффективностью продольного соединения , а продольное напряжение связано с эффективностью кольцевого соединения .

Калькулятор силы поршня

Калькулятор силы поршня оценивает силу в системе поршневого цилиндра на основе заданного диаметра головки поршня и давления в цилиндре . Поршень является важной частью любой гидравлической или пневматической машины, а также двигателей. Для любого предварительного проектного исследования важно получить правильную оценку сил, действующих на поршень двигателя. Сила и давление в системе поршневого цилиндра используются для определения диаметра цилиндра и площади i.е. размер баллона . В конечном итоге это полезно при оценке размера машины, будь то двигатель, гидравлический или пневматический цилиндр. Этот калькулятор также поможет вам определить усилие поршня или давление цилиндра , что позволит вам перейти к следующему этапу исследования конструкции.

Что такое поршневое и поршневое усилие?

Поршень представляет собой компонент в форме круглого диска, который передает гидравлическое или пневматическое усилие от расширяющихся газов внутри цилиндра на коленчатый вал с помощью шатуна, или наоборот.Поршни первоначально использовались в паровых двигателях и радиальных двигателях , приводящих в движение поезда и самолеты 20-го века. Можно также применить принцип работы поршневой и цилиндрической установки для изготовления насосов .

Сила , прилагаемая к поршню под давлением цилиндра, известна как сила поршня или сила поршня цилиндра . Пример такой силы можно найти в гидравлической системе. Чтобы найти такую ​​силу, вам понадобится уравнение силы цилиндра, которое можно найти ниже.

Уравнение поршневой силы

Рис .: Система поршневого цилиндра

Соотношение сил поршня показано ниже:

F = P * A

Где,

  • F — Поршневое усилие;
  • А — Площадь посадочного отверстия; и
  • P — Баллон давления.

Площадь ствола можно узнать по:

A = π * d 2 /4

Где,

В качестве альтернативы, усилие поршня F математически можно записать как:

F = P * π * d 2 /4

Как пользоваться калькулятором силы поршня?

Перед использованием калькулятора силы поршня необходимо измерить или оценить диаметр отверстия.Как только у вас будет оценка:

  1. Введите диаметр отверстия d , чтобы оценить площадь.
  2. Введите давление в баллоне.
  3. Калькулятор покажет усилие поршня, F .

В качестве альтернативы вы также можете ввести площадь отверстия и желаемое значение усилия, чтобы определить размер поршня или рассчитать давление в цилиндре.

Пример: использование калькулятора поршневого усилия.

Допустим, у нас есть двигатель с диаметром цилиндра 25 мм и давлением поршня 100 кПа .Какое усилие действует на поршень?

Дано, d = 25 мм = 0,025 м и P = 100 кПа :

Расчет усилия поршневого цилиндра по давлению:

  1. Используйте диаметр отверстия для вычисления площади отверстия, которая составляет A = π * 25 2 /2 = 490,9 мм 2 .

  2. Введите давление поршня, P = 100 кПа .

  3. Калькулятор возвращает силу, действующую на поршень двигателя в этом случае, которая составляет F = P * A = 100 * 1000 * 0.0004909 = 49,09 N .

Следовательно, сила, действующая на поршень для данного давления в цилиндре, рассчитывается как 49,09 Н .

Уравнение давления цилиндра на поршень цилиндра

В качестве альтернативы, если у вас есть известная сила, действующая на поршень двигателя, F , скажем, 500 N , и вы хотите оценить давление поршня в цилиндре с внутренним диаметром 25 мм . Вы можете ввести:

Диаметр поршня, d = 25 мм = 0,025 м и усилие, F = 500 Н :

P = F / A = 4 * F / (π * d 2 ) = 1018.6 кПа

Следовательно, давление поршня равно 1018,9 кПа для данной силы 500 Н.

Таким образом, вы можете использовать этот инструмент в качестве калькулятора давления в цилиндре к силе поршня в цилиндре или использовать силу поршня для расчета давления в цилиндре .

Поршни в действии

Поршни в двигателе

Поршень перемещается вдоль продольной оси цилиндра, передавая мощность на коленчатый вал, преобразуя возвратно-поступательное движение во вращательное движение и наоборот.Для дизельного или бензинового двигателя топливовоздушная смесь сжимается в цилиндре с соответствующей степенью сжатия.

Каждый двигатель может иметь несколько поршней, обычно расположенных в V-образном ряду, именно поэтому некоторые двигатели (V8 и V12) получили свои названия. Этот тип двигателя может использоваться в автомобилях, самолетах и ​​кораблях . Один из таких двигателей V12, Rolls Royce’s Merlin, управлял двумя из самых знаковых самолетов Второй мировой войны, Spitfire и Hurricane . Более свежий пример — двигатель V10, который приводит Audi R8 в движение с максимальной скоростью более 200 миль в час.Поршневые двигатели также используются для моторных лодок. Если вы хотите узнать, как рассчитать скорость вашего автомобиля или лодки, перейдите к нашему калькулятору скорости.

Насос поршневой

Мы также можем увидеть поршни в действии в насосах . Поршень перемещается вверх и вниз по цилиндру насоса, создавая давление, которое перемещает жидкости или газы с желаемой скоростью потока.

Гидравлические системы

Поршни

также являются жизненно важной частью гидравлических и пневматических систем , используемых для подъема грузов и для приведения в действие целей , таких как выдвижение или опускание шасси самолета .Будь то ваш обычный пассажирский рейс, например, пассажирский самолет Airbus A330 / 340 или Boeing 787, или военный самолет, например, C-130J «Геркулес», МиГ 23 «Флоггер» или F22 «Raptor», гидравлические системы помогают приводить в действие поверхности управления самолета , такие как закрылки , элероны и рули высоты , помогающие пилоту ориентироваться в небе.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *