Устройство изменения радиуса кривошипа кривошипно-шатунного механизма

Предлагаемое устройство относится к машиностроению, в частности к поршневым машинам. Кривошипно-шатунный механизм, содержащий коленчатый вал, состоящий из коренных и шатунных шеек, соединенных щеками кривошипов, отличается тем, что щеки кривошипов имеют направляющие пазы, в которых установлены опорные втулки шатунных шеек, около щек кривошипов на шатунных шейках расположены кольца, контактирующие с дополнительными кольцами, два кольца установлены внутри основного кольца, которое расположено внутри направляющего кольца, между основным и направляющим кольцами установлено вспомогательное кольцо, направляющее кольцо устройства расположено в направляющих пазах корпуса и опирается на узел перемещения и фиксации этого кольца. Изменение радиуса кривошипа от ноля до максимальной величины обеспечивает возможность вывода поршневых машин на рабочий режим с невысоким пусковым крутящим моментом. Отключение части поршней от коленчатого вала, при одновременном отключении подачи топлива, позволяет эксплуатировать поршневую машину на экономичном режиме в различных условиях эксплуатации; облегчаются условия запуска двигателя в зимний период. 4 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к машиностроению, в частности к поршневым машинам: ДВС (двигатели внутреннего сгорания), компрессоры, насосы, в том числе многоцилиндровые; а также СК (станки-качалки) с применением КШМ (кривошипно-шатунный механизм).

Известно устройство - ДВС, основу которого представляет собой КШМ, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала (1. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. / В.П. Алексеев и др.; Под общ. ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. - М.: Машиностроение, 1990. - 288 с.).

КШМ находит применение как база некоторых СК (2. Патент на изобретение RU №2450161. Бюл. №13 от 10.05.2012. Авторы: В.И. Некрасов, В.В. Новоселов - Приложение). В настоящее время выполняются ОКР (опытно-конструкторские работы) по этому изобретению.

Известно, что КШМ состоит из кривошипов, образованных коренными и шатунными шейками коленчатого вала, соединенных щеками, а также шатунов, установленных на шатунных шейках. На шатунах расположены поршни, а в некоторых случаях (например, буровые насосы) применяют крейцкопфы (ползуны в направляющих), исключающие передачу высоких боковых нагрузок на поршни и цилиндры.

Однако КШМ имеет существенные недостатки: боковые нагрузки, снижающие КПД поршневой машины, фиксированный ход поршня, что ограничивает эксплуатационные возможности.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в расширении возможностей поршневой машины и СК.

Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что кривошипно-шатунный механизм содержит коленчатый вал, состоящий из коренных и шатунных шеек, соединенных щеками кривошипов, при этом щеки кривошипов имеют направляющие пазы, в которых установлены опорные втулки шатунных шеек, около щек кривошипов на шатунных шейках расположены кольца, контактирующие с дополнительными кольцами, два кольца установлены внутри основного кольца, которое расположено внутри направляющего кольца, между основным и направляющим кольцами установлено вспомогательное кольцо, направляющее кольцо устройства расположено в направляющих пазах корпуса и опирается на узел перемещения и фиксации этого кольца.

Предлагаемое техническое решение существенно расширяет возможности поршневой машины. Изменение радиуса кривошипа от ноля до максимальной величины обеспечивает возможность вывода СК на рабочий режим с невысоким пусковым крутящим моментом. Отключение части поршней от коленчатого вала, при одновременном отключении подачи топлива в цилиндры этих поршней, позволяет эксплуатировать поршневую машину на экономичном режиме в различных условиях эксплуатации; облегчаются условия запуска двигателя в зимний период.

На фиг. 1 показан упрощенный поперечный разрез поршневой машины в состоянии, когда поршень находится в крайнем верхнем положении: в ВМТ (верхней мертвой точке) - поршень на максимальном расстоянии от оси коленчатого вала. НМТ (нижняя мертвая точка) - поршень на минимальном расстоянии от оси коленчатого вала. Не показаны поршневые кольца, опоры вращения шеек коленчатого вала и др. Обозначения: Ок - ось вращения коленчатого вала (ось коренных шеек), Ош - ось шатунной шейки, Оос - ось основного кольца, Он - ось направляющего кольца, Од - ось дополнительного кольца, Ов - ось вспомогательного кольца. Пунктирной линией обозначен путь перемещения шатунной шейки при вращении коленчатого вала. Цифрами 1-4 показаны положения шатунной шейки в крайних состояниях.

На фиг. 2 приведен упрощенный продольный разрез поршневой машины. Показаны три кривошипа с разными радиусами: слева R=0, оси коренной и шатунной шеек совпадают; в центре R=0,5 Rmax; справа R=Rmax, соответствует фиг. 1. Щеки кривошипов развернуты на 180°, средний - вниз; крайние - вверх.

На фиг. 3 показано расположение колец устройства изменения радиуса кривошипа при R=0,5 Rmax, что соответствует среднему кривошипу фиг. 2.

На фиг. 4 показано расположение колец устройства изменения радиуса кривошипа при R=0, что соответствует левому кривошипу фиг. 2.

В корпусе 1 поршневой машины (фиг. 1 и 2) зафиксированы мокрые гильзы цилиндров 2 (уплотнения не показаны). Возможно применение моноблока - гильзы изготовлены вместе с корпусом 1. Внутри цилиндров 2 установлены поршни 3, которые поршневыми пальцами 4 соединяют поршни 3 с верхними головками шатунов 5. Нижние головки шатунов 5 с шатунными крышками 6 подвижно расположены на шатунных шейках 7. На торцах шатунных шеек 7 изготовлены опорные втулки 8. Шатунные кольца 9 установлены с торцов нижней головки шатуна 5, они могут быть изготовлены аналогично опорным втулкам 8 непосредственно на шатунной шейке 7. Коренные шейки 10 подвижно установлены в опорах вращения, образованных корпусом 1 и крышками 11. Вкладыши - опоры вращения коренных 10 и шатунных 7 шеек не показаны. Щека 12 кривошипа зафиксирована на коренной шейке 10, в щеках 12 выполнены направляющие пазы 13, в которых располагаются опорные втулки 8 шатунных шеек 7. Шатунное кольцо 9 контактирует с дополнительным кольцом 14, оба кольца расположены внутри основного кольца 15. Основное кольцо 15 расположено внутри направляющего кольца 16, между основным 15 и направляющим 16 кольцами установлено вспомогательное кольцо 17. Направляющие кольца 16 с размещенными в них кольцами 9, 14, 15, 17 установлены в направляющих пазах 18 корпуса 1. Направление пазов 18 может быть любым относительно оси коленчатого вала. Направляющее кольцо 16 опирается на узел перемещения и фиксации 19.

Предлагаемое устройство изменения радиуса кривошипа кривошипно-шатунного механизма работает следующим образом.

Для вывода СК на рабочий режим требуется высокий пусковой крутящий момент - нагрузка для работы ШГН (штанговый глубинный насос) может достигать нескольких тонн. Помимо массы колонны штанг значительное влияние имеет гидравлическая нагрузка. Крутящий момент, необходимый для этого, зависит от произведения давления жидкости на рабочий объем насоса. Рабочий объем насоса зависит от радиуса кривошипа. При R=0 гидравлическая нагрузка исключена. При R=Rmax эта нагрузка будет максимальной.

Для вывода СК на рабочий режим целесообразно использовать состояние R=0 (фиг. 2 слева и фиг. 4). Узел перемещения и фиксации 19 фиксирует кольца устройства изменения радиуса кривошипа кривошипно-шатунного механизма на максимальном расстоянии от оси коленчатого вала. Ось коренной шейки Ок совпадает с осью шатунной шейки Ош. Обеспечивается холостой ход - усилие на колонну штанг привода ШГН не передается. Это состояние КШМ можно использовать для отключения цилиндров ДВС из работы.

Для ступенчатого постепенного вывода СК на рабочий режим узел перемещения и фиксации 19 смещает систему колец и фиксирует их в промежуточном положении R=0,5 Rmax (фиг. 2 в центре и фиг. 3). Ось коренной шейки Ок совпадает с осью основного кольца Оос. Ось шатунной шейки Ош расположена выше оси коренной шейки Ок и обозначена цифрой 1. Пунктирной линией обозначен путь перемещения шатунной шейки при вращении коленчатого вала. Цифрами 1-4 показаны положения шатунной шейки в крайних состояниях. Шатунное 9 и дополнительное 14 кольца вращаются внутри основного кольца 15. Крутящий момент, например, от левой коренной шейки 10 щекой кривошипа 12, направляющим пазом 13 на радиусе R=0,5 Rmax передает усилие на опорную втулку 8 левого торца шатунной шейки 7, далее по шатунной шейке на другой, правый торец шатунной шейки, по направляющему пазу соседней щеки правой коренной шейки.

Максимальное нагружение возникает при R=Rmax, для этого узел перемещения и фиксации 19 смещает систему колец и фиксирует их в крайнем верхнем положении R=Rmax (фиг. 1 и фиг. 2 справа). Ось коренной шейки Ок совпадает с осью направляющего кольца Он. Ось шатунной шейки Ош расположена на максимальном расстоянии от оси коренной шейки Ок и обозначена цифрой 1. Пунктирной линией обозначен путь перемещения шатунной шейки при вращении коленчатого вала. Цифрами 1-4 показаны положения шатунной шейки в крайних состояниях. Шатунное 9 и дополнительное 14 кольца вместе с основным кольцом 15 и вспомогательным кольцом 17 вращаются внутри направляющего кольца 16. Увеличенный крутящий момент передается аналогично предыдущему случаю, при этом опорные втулки 8 шатунной шейки 7 имеют большую площадь контакта с направляющими пазами 13 щек кривошипа 12.

Обозначения:

1 - корпус поршневой машины;

2 - мокрая гильза цилиндра;

3 - поршень;

4 - поршневой палец;

5 - шатун;

6 - крышка нижней головки шатуна 5;

7 - шатунная шейка;

8 - опорные втулки шатунной шейки 7;

9 - шатунные кольца;

10 - коренная шейка;

11 - крышка опоры вращения коренной шейки 10;

12 - щека кривошипа;

13 - направляющий паз щеки кривошипа 12;

14 - дополнительное кольцо;

15 - основное кольцо;

16 - направляющее кольцо;

17 - вспомогательное кольцо

18 - направляющие пазы корпуса 1;

19 - узел перемещения и фиксации направляющего кольца 16.

Кривошипно-шатунный механизм, содержащий коленчатый вал, состоящий из коренных и шатунных шеек, соединенных щеками кривошипов, отличающийся тем, что щеки кривошипов имеют направляющие пазы, в которых установлены опорные втулки шатунных шеек, около щек кривошипов на шатунных шейках расположены кольца, контактирующие с дополнительными кольцами, два кольца установлены внутри основного кольца, которое расположено внутри направляющего кольца, между основным и направляющим кольцами установлено вспомогательное кольцо, направляющее кольцо устройства расположено в направляющих пазах корпуса и опирается на узел перемещения и фиксации этого кольца.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания. Двигатель (1) внутреннего сгорания включает в себя механизм (2) переменной степени сжатия и устройство впрыска топлива с общей топливной магистралью, использующее топливный насос (46) высокого давления, который имеет механический привод.

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия. Механизм (10) переменной степени сжатия, который изменяет степень сжатия двигателя в зависимости от углового положения первого управляющего вала (14), и привод, который изменяет и удерживает угловое положение первого управляющего вала (14).

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия. Устройство управления для двигателя (1) внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия содержит средство (2) изменения степени сжатия, способное изменять степень механического сжатия двигателя внутреннего сгорания, средство получения накопленного объема кислорода, выполненное с возможностью вычислять накопленный объем кислорода в катализаторе (4) очистки выбросов отработавших газов, размещенном в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, и средство для считывания температурного параметра, который коррелирует с температурой катализатора (4) очистки выбросов отработавших газов.

Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к двигателям с переменным ходом поршня. Механизм для изменения длины хода поршня двигателя внутреннего сгорания в каждом цикле его работы содержит зубчатую передачу, включающую первое зубчатое колесо, установленное в корпусе двигателя без возможности вращения, и второе зубчатое колесо с зубьями, сформированными на его внутренней поверхности, причем второе зубчатое колесо находится в зацеплении с первым зубчатым колесом для обеспечения постоянной длины кривошипа и переменной длины эксцентрика, чтобы получить переменную длину хода поршня в полном цикле работы двигателя.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель содержит регулятор компрессии двигателя, шатун (2), выступающий из поршня двигателя в направлении кривошипа и установленный при помощи подшипников на эксцентриковом колесе (3), которое снабжено зубчатым кольцом, центрированным относительно кривошипа.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к силовым установкам с двигателями внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение КПД и многотопливность.

Изобретение может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Двигатель содержит подвижно установленный в цилиндре (1) поршень (2), который шарнирно соединен с шатуном (9), движение которого передается на кривошип (5) коленчатого вала (17) через передаточное звено в виде траверсы (6), соединенной с кривошипом (5) посредством шарнира в центральной опорной точке, находящейся в промежуточном положении на участке между двумя другими опорными точками траверсы, одна из которых соединена шарнирно с шатуном (9), а другая соединена шарнирно с одним концом управляющего рычага (11).

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при создании двигателей внутреннего сгорания (ДВС). .

Изобретение относится к машиностроению. .

Изобретение может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Поршень двигателя внутреннего сгорания содержит головку (1) с днищем и канавками (2) для установки поршневых колец, юбку (3) и бобышки (4) с отверстиями (5) под поршневой палец.

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания. Двигатель (1) внутреннего сгорания включает в себя механизм (2) переменной степени сжатия и устройство впрыска топлива с общей топливной магистралью, использующее топливный насос (46) высокого давления, который имеет механический привод.

Изобретение относится к двигателестроению. Техническим результатом является автоматическое управление величиной объема камеры сжатия двигателя внутреннего сгорания.

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия. Механизм (10) переменной степени сжатия, который изменяет степень сжатия двигателя в зависимости от углового положения первого управляющего вала (14), и привод, который изменяет и удерживает угловое положение первого управляющего вала (14).

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия. Устройство управления для двигателя (1) внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия содержит средство (2) изменения степени сжатия, способное изменять степень механического сжатия двигателя внутреннего сгорания, средство получения накопленного объема кислорода, выполненное с возможностью вычислять накопленный объем кислорода в катализаторе (4) очистки выбросов отработавших газов, размещенном в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, и средство для считывания температурного параметра, который коррелирует с температурой катализатора (4) очистки выбросов отработавших газов.

Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к двигателям с переменным ходом поршня. Механизм для изменения длины хода поршня двигателя внутреннего сгорания в каждом цикле его работы содержит зубчатую передачу, включающую первое зубчатое колесо, установленное в корпусе двигателя без возможности вращения, и второе зубчатое колесо с зубьями, сформированными на его внутренней поверхности, причем второе зубчатое колесо находится в зацеплении с первым зубчатым колесом для обеспечения постоянной длины кривошипа и переменной длины эксцентрика, чтобы получить переменную длину хода поршня в полном цикле работы двигателя.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания с компрессионным или детонационным воспламенением рабочей смеси. Техническим результатом является увеличение ресурса двигателя и повышение экономичности.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель содержит регулятор компрессии двигателя, шатун (2), выступающий из поршня двигателя в направлении кривошипа и установленный при помощи подшипников на эксцентриковом колесе (3), которое снабжено зубчатым кольцом, центрированным относительно кривошипа.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания с дифференциальным ходом поршня имеет вал двигателя и поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в камере цилиндра и содержащий внутреннюю часть поршня, шток поршня, соединенный на первом конце с упомянутой внутренней частью поршня, наружную часть поршня, которая служит в качестве носителя для упомянутой внутренней части поршня и соединена с упомянутым валом двигателя, причем упомянутая внутренняя часть поршня выполнена с возможностью работать по циклу, отличному от цикла наружной части поршня, и управляющий рычажный механизм, соединенный с упомянутым двигателем в точке крепления, причем упомянутый управляющий рычажный механизм соединен со вторым концом упомянутого штока поршня, определяя точку копирования, в котором упомянутый управляющий механизм направляет и определяет перемещение упомянутой точки копирования таким образом, что оно по существу выровнено с осью упомянутой камеры цилиндра.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Поршневое устройство (100) предназначено для двигателя внутреннего сгорания с дифференциальным ходом поршня.

Изобретение может быть использовано в системах управления двигателями внутреннего сгорания. Предложено устройство и способ управления для двигателя, в которых пары топлива, сформировавшиеся в топливном баке 41, поступают в бачок 42 улавливания паров топлива и накапливаются в нем. Из бачка, во время приведения в действие двигателя 1, пары топлива вводятся во впускную систему 18 двигателя. Предложенное устройство содержит средство, выполненное с возможностью обнаруживать состояние, в котором пары топлива скопились в бачке улавливания паров топлива, во время приведения в действие двигателя после его прогрева. После заполнения бачка улавливания паров топлива до определенного уровня, пары топлива продуваются во впускную систему двигателя с помощью уменьшения степени механического сжатия посредством механизма 2 изменения степени сжатия. Также предложен способ управления для двигателя. Технический результат заключается в повышении скорости продувки паров топлива из бачка, в результате чего предотвращается попадание паров топлива в атмосферу. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх