Tłok
Tłok jest częścią silników tłokowych , pomp tłokowych , sprężarek gazu , cylindrów hydraulicznych i cylindrów pneumatycznych , a także innych podobnych mechanizmów. Jest to ruchomy element umieszczony w cylindrze i uszczelniony gazoszczelnie przez pierścienie tłokowe . W silniku jego celem jest przeniesienie siły z rozprężającego się gazu w cylindrze na wał korbowy za pośrednictwem tłoczyska i/lub korbowodu . W pompie funkcja jest odwrotna i siła jest przenoszona z wału korbowego na tłok w celu sprężenia lub wyrzucenia płynu z cylindra. W niektórych silnikach tłok pełni również funkcję zaworu , zakrywając i odsłaniając otwory w cylindrze.
Silniki tłokowe
Silniki z zapłonem wewnętrznym
.jpg)
Na silnik spalinowy działa ciśnienie rozprężających się gazów spalinowych w przestrzeni komory spalania w górnej części cylindra. Siła ta działa następnie w dół poprzez korbowód i na wał korbowy . Korbowód jest przymocowany do tłoka za pomocą obrotowego sworznia (USA: sworzeń nadgarstka). Trzpień ten jest zamontowany wewnątrz tłoka: w przeciwieństwie do silnika parowego nie ma tu tłoczyska ani poprzeczki (z wyjątkiem dużych silników dwusuwowych).
Typowa konstrukcja tłoka jest pokazana na zdjęciu. Ten typ tłoka jest szeroko stosowany w samochodowych silnikach wysokoprężnych . W zależności od przeznaczenia, poziomu doładowania i warunków pracy silników można zmieniać kształt i proporcje.
Silniki wysokoprężne dużej mocy pracują w trudnych warunkach. Maksymalne ciśnienie w komorze spalania może sięgać 20 MPa, a maksymalna temperatura niektórych powierzchni tłoków może przekraczać 450°C. Istnieje możliwość poprawy chłodzenia tłoka poprzez utworzenie specjalnej wnęki chłodzącej. Wtryskiwacz zasila tę komorę chłodzącą „A” olejem przez kanał doprowadzający olej „B”. Aby uzyskać lepszą redukcję temperatury, należy dokładnie obliczyć i przeanalizować konstrukcję. Przepływ oleju w komorze chłodzącej powinien wynosić nie mniej niż 80% przepływu oleju przez wtryskiwacz.
Sam sworzeń jest wykonany ze stali hartowanej i jest zamocowany w tłoku, ale może poruszać się swobodnie w korbowodzie. W kilku projektach zastosowano konstrukcję „w pełni pływającą”, która jest luźna w obu elementach. Należy zabezpieczyć wszystkie sworznie przed przesuwaniem się na boki i wbijaniem końców sworzni w ściankę cylindra, zwykle za pomocą pierścieni zabezpieczających .
Uszczelnienie gazowe uzyskuje się poprzez zastosowanie pierścieni tłokowych . Jest to kilka wąskich żelaznych pierścieni, luźno osadzonych w rowkach tłoka, tuż pod koroną. Pierścienie są rozdzielone w jednym miejscu felgi, dzięki czemu dociskają do cylindra przy niewielkim nacisku sprężyny. Stosowane są dwa rodzaje pierścieni: górne pierścienie mają pełne powierzchnie i zapewniają uszczelnienie gazowe; dolne pierścienie mają wąskie krawędzie i profil w kształcie litery U, które pełnią funkcję zgarniaczy oleju. Istnieje wiele zastrzeżonych i szczegółowych cech konstrukcyjnych związanych z pierścieniami tłokowymi.
Tłoki są zwykle odlewane lub kute ze stopów aluminium . Aby uzyskać lepszą wytrzymałość i trwałość zmęczeniową, zamiast tego niektóre tłoki wyścigowe mogą być kute . Tłoki kęsowe są również stosowane w silnikach wyścigowych, ponieważ nie zależą od rozmiaru i architektury dostępnych odkuwek, co pozwala na zmiany konstrukcyjne w ostatniej chwili. Chociaż nie jest to powszechnie widoczne gołym okiem, same tłoki są zaprojektowane z pewnym poziomem owalności i stożka profilu, co oznacza, że nie są idealnie okrągłe, a ich średnica jest większa w dolnej części spódnicy niż w koronie.
Wczesne tłoki były wykonane z żeliwa , ale zastosowanie lżejszego stopu przyniosło oczywiste korzyści w zakresie równoważenia silnika. Aby wyprodukować tłoki, które wytrzymałyby temperatury spalania w silniku, konieczne było opracowanie nowych stopów, takich jak stop Y i Hiduminium , specjalnie do stosowania jako tłoki.
Kilka wczesnych silników gazowych miało cylindry dwustronnego działania , ale poza tym w rzeczywistości wszystkie tłoki silników spalinowych są jednostronnego działania . Podczas II wojny światowej amerykański okręt podwodny Pompano został wyposażony w prototyp cieszącego się złą sławą zawodności dwusuwowego silnika wysokoprężnego dwustronnego działania HOR . Chociaż kompaktowy, do użytku w ciasnej łodzi podwodnej, tej konstrukcji silnika nie powtórzono.
Media związane z tłokami silników spalinowych w Wikimedia Commons
Tłoki bagażnika
Tłoki tułowia są długie w stosunku do ich średnicy. Pełnią zarówno rolę tłoka, jak i cylindrycznej poprzeczki . Ponieważ korbowód jest ustawiony pod kątem przez większą część swojego obrotu, występuje również siła boczna, która oddziałuje wzdłuż boku tłoka na ściankę cylindra. Pomaga w tym dłuższy tłok.
Tłoki tułowia są powszechną konstrukcją tłoków od początków powstania silnika spalinowego o ruchu posuwisto-zwrotnym. Stosowano je zarówno w silnikach benzynowych, jak i wysokoprężnych, chociaż w silnikach szybkoobrotowych zastosowano obecnie lżejszy tłok ślizgowy .
Cechą charakterystyczną większości tłoków tułowia, zwłaszcza silników wysokoprężnych, jest to, że mają one rowek na pierścień olejowy poniżej sworznia tłokowego , oprócz pierścieni pomiędzy sworzniem tłokowym a koroną.
Nazwa „tłok bagażnika” wywodzi się od „ silnika bagażnika ”, wczesnej konstrukcji morskiego silnika parowego . Aby uczynić je bardziej kompaktowymi, uniknięto zwykłego tłoczyska stosowanego w silnikach parowych z oddzielną poprzeczką i zamiast tego byli pierwszą konstrukcją silnika, w której sworzeń tłokowy został umieszczony bezpośrednio w tłoku. Poza tym te tłoki silnika bagażnika w niewielkim stopniu przypominały tłok bagażnika; miały wyjątkowo dużą średnicę i działały dwustronnie. Ich „pniem” był wąski cylinder zamontowany pośrodku tłoka.
Media związane z tłokami Trunk w Wikimedia Commons
Tłoki poprzeczne
Duże, wolnoobrotowe silniki wysokoprężne mogą wymagać dodatkowego wsparcia dla sił bocznych działających na tłok. Silniki te zazwyczaj wykorzystują tłoki poprzeczne . Główny tłok ma duże tłoczysko rozciągające się w dół od tłoka do czegoś, co w rzeczywistości jest drugim tłokiem o mniejszej średnicy. Tłok główny odpowiada za uszczelnienie gazu i podtrzymuje pierścienie tłokowe. Mniejszy tłok jest prowadnicą czysto mechaniczną. Działa w małym cylindrze jako prowadnica pnia i zawiera również sworzeń kiełbowy.
Smarowanie trawersy ma przewagę nad tłokiem tułowia, ponieważ olej smarujący nie podlega działaniu ciepła spalania: olej nie jest zanieczyszczony cząsteczkami sadzy powstałej podczas spalania, nie rozkłada się pod wpływem ciepła, a cieńszy, mniej lepki olej może być użytym. Tarcie tłoka i poprzeczki może być tylko o połowę mniejsze niż w przypadku tłoka tułowia.
Ze względu na dodatkowy ciężar tych tłoków nie są one stosowane w silnikach szybkoobrotowych.
Media związane z tłokami poprzecznymi w Wikimedia Commons
Tłoki ślizgowe
.jpg)
Tłok ślizgowy to tłok do silnika benzynowego, który został maksymalnie zmniejszony pod względem rozmiaru i masy. W skrajnym przypadku ograniczają się one do denka tłoka, podpory pierścieni tłokowych i pozostałej części płaszcza tłoka, aby pozostawić dwa pola, aby zapobiec kołysaniu się tłoka w otworze. Boki płaszcza tłoka wokół sworznia tłokowego są zmniejszone w stosunku do ścianki cylindra. Celem jest głównie zmniejszenie masy poruszającej się posuwisto-zwrotnie, co ułatwi zrównoważenie silnika i umożliwienie dużych prędkości. W zastosowaniach wyścigowych osłony tłoków ślizgowych można skonfigurować tak, aby uzyskać wyjątkowo lekką wagę przy jednoczesnym zachowaniu sztywności i wytrzymałości pełnej spódnicy. Zmniejszona bezwładność poprawia również sprawność mechaniczną silnika: siły potrzebne do przyspieszania i zwalniania części poruszających się posuwisto-zwrotnie powodują większe tarcie tłoka o ściankę cylindra niż ciśnienie płynu na denku tłoka. Dodatkową korzyścią może być pewne zmniejszenie tarcia o ściankę cylindra, ponieważ powierzchnia płaszcza, która przesuwa się w górę i w dół w cylindrze, jest zmniejszona o połowę. Jednak najwięcej tarć wynika z pierścienie tłokowe , czyli części, które w rzeczywistości najściślej pasują do otworu i powierzchni nośnych sworznia przegubowego, przez co korzyści są zmniejszone.
Media związane z tłokami typu Slipper w Wikimedia Commons
Tłoki deflektora
.jpg)
Tłoki deflektora stosuje się w silnikach dwusuwowych ze sprężaniem w skrzyni korbowej, gdzie przepływ gazu w cylindrze musi być starannie ukierunkowany, aby zapewnić skuteczne przepłukiwanie . W przypadku oczyszczania krzyżowego porty przesyłowe (wlot do cylindra) i wylotowe znajdują się po bezpośrednio zwróconych do siebie stronach ścianki cylindra. Aby zapobiec przedostawaniu się dopływającej mieszanki bezpośrednio z jednego otworu do drugiego, tłok ma uniesione żebro na koronie. Ma to na celu skierowanie dopływającej mieszanki do góry, wokół komory spalania .
Wiele wysiłku i wiele różnych konstrukcji denka tłoka włożono w opracowanie ulepszonego oczyszczania. Korony rozwinęły się od prostego żebra do dużego asymetrycznego wybrzuszenia, zwykle ze stromą powierzchnią po stronie wlotu i delikatnym zakrzywieniem na wylocie. Mimo to oczyszczanie krzyżowe nigdy nie było tak skuteczne, jak oczekiwano. Większość dzisiejszych silników korzysta z przenoszenia Schnuerle . Umieszcza to parę portów przesyłowych po bokach cylindra i umożliwia obrót gazu wokół osi pionowej, a nie poziomej.
Media związane z tłokami deflektora w Wikimedia Commons
Wyścigowe tłoki
W silnikach wyścigowych wytrzymałość i sztywność tłoka są zwykle znacznie wyższe niż w silniku samochodu osobowego, a masa jest znacznie mniejsza, aby osiągnąć wysokie obroty silnika niezbędne w wyścigach.
Cylindry hydrauliczne
Siłowniki hydrauliczne mogą być jednostronnego lub dwustronnego działania . Siłownik hydrauliczny steruje ruchem tłoka do przodu i do tyłu. Pierścienie prowadzące prowadzą tłok i tłoczysko oraz pochłaniają siły promieniowe działające prostopadle do cylindra i zapobiegają stykaniu się ślizgających się metalowych części.
Silniki parowe
.jpg)
Silniki parowe są zwykle dwustronnego działania (tj. ciśnienie pary działa naprzemiennie na każdą stronę tłoka), a dopływ i uwalnianie pary jest kontrolowane za pomocą zaworów suwakowych , zaworów tłokowych lub zaworów grzybkowych . W rezultacie tłoki silników parowych są prawie zawsze stosunkowo cienkimi tarczami: ich średnica jest kilkakrotnie większa od ich grubości. (Jedynym wyjątkiem jest silnik bagażnika tłok, ukształtowany bardziej na wzór nowoczesnych silników spalinowych.) Innym czynnikiem jest to, że ponieważ prawie wszystkie silniki parowe wykorzystują poprzeczki do przenoszenia siły na drążek napędowy, niewiele sił bocznych działa, próbując „wprawić” tłok w ruch, więc osłona tłoka w kształcie cylindra nie jest konieczna.
Lakierki
Pompy tłokowe mogą być używane do przemieszczania cieczy lub sprężania gazów .
Do płynów
Dla gazów
Armaty powietrzne
armatkach pneumatycznych stosowane są dwa specjalne typy tłoków : tłoki o małej tolerancji i tłoki podwójne. W tłokach o wąskiej tolerancji O-ringi służą jako zawór, ale O-ringi nie są stosowane w typach podwójnych tłoków. [ potrzebne źródło ]
Zobacz też
- Wiatrówka
- Tłok pożarowy
- Prasa owocowa
- Przeładunek na gaz , przy użyciu tłoka gazowego
- Cylinder hydrauliczny
- Równania ruchu tłoka
- Amortyzator
- Gwizdek suwakowy
- Elementy lokomotywy parowej
- Strzykawka
- Silnik Wankla , konstrukcja silnika spalinowego z wirnikiem zamiast tłoków
Notatki
Bibliografia
- Irving, PE (1967). Dwusuwowe jednostki napędowe . Newnesa.
- Ricardo, Harry (1922). Silnik spalinowy . Tom. I: Silniki wolnoobrotowe (wyd. 1). Londyn: Blackie .
Linki zewnętrzne
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
