Полярная и эллиптическая золотниковые диаграммы

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Полярная диаграмма. Между положением парораспределительного золотника и углом поворота главного кривошипа ведущего колеса, а также фазами парораспределения существует определенная зависимость. Графически эту зависимость изображают в виде так называемой полярной, или круговой, золотниковой диаграммы. Полярная диаграмма дает представление о перемещении золотника от его среднего положения, о величине открытия окон для впуска и выпуска пара в зависимости от положения главного кривошипа.

Полярная золотниковая диаграмма строится следующим образом. Радиусом Я, равным длине главного кривошипа, описывают окружность (рис. 108). Через центр О этой окружности проводят горизонтальный диаметр А Б и вертикальный диаметр ВГ, которые соответствуют крайним (мертвым) и средним положениям кривошипа. Точка А - заднее мертвое положение, точка Б - переднее мертвое положение кривошипа. Затем под углом б, равным углу опережения, отложенным от вертикальной оси ВГ, в верхней части окружности описывается другая окружность, радиус которой равен половине эксцентриситета эксцентрика г. На этой диаграмме отрезки Оа и Об представляют собой перемещения золотника от его среднего положения, которые соответствуют положениям главного кривошипа ведущего колеса ОД и ОЕ.

В этом легко убедиться, пользуясь тригонометрическими зависимостями. Треугольник Оас при вершине а будет иметь прямой угол,

поскольку этот треугольник опирается на диаметр окружности, описанной радиусом 0,5 г. Следовательно, перемещение золотника у будет

у - Оа= Оа cos (90-б - ср) = г cos (90 - S-ф)=г sin (6 + ср),

где у - перемещение золотника от среднего положения; г - эксцентриситет эксцентрика; б - угол опережения; ф - угол поворота главного кривошипа.

Однако изображенная в верхней части окружности диаграмма характеризует перемещения золотника только для половины хода поршня от положения главного кривошипа ОК До положения ОЛ, т. е. дает представление об отклонении золотника только в одну сторону от среднего положения. Если рассматривать заднюю полость цилиндра при внутреннем впуске пара, то, как видно из предыдущих схем, это будет отклонение золотника влево.

Чтобы изобразить на диаграмме отклонение золотника вправо от среднего положения, ее нужно дополнить второй вспомогательной окружностью в нижней части большой окружности, описанной радиусом R (рис. 109).

Как уже выяснено, при отклонении золотника влево происходит впуск пара в заднюю полость цилиндра, а при отклонении вправо - выпуск пара; поэтому верхнюю вспомогательную окружность называют окружностью впуска, а нижнюю - окружностью выпуска. Для того чтобы на диаграмме изобразить величину открытия окна для впуска и выпуска пара, необходимо на окружности впуска провести дугу радиусом, равным величине перекрыши впуска, а на окружности выпуска -дугу радиусом, равным перекрыше выпуска. Тогда отрезки аъ аг,а3и т. д. в пределах окружности впуска и дуги перекрыши впуска покажут величину открытия окон для впуска пара, а отрезки Ьъ Ь2, Ь3 и т. д. в пределах окружности выпуска и дуги перекрыши выпуска - величины открытия окон для выпуска пара.

На рис. 109 под полярной диаграммой изображена уже известная нам схематическая индикаторная диаграмма. Периоды действия пара в цилиндре или фазы парораспределения с индикаторной диаграммы перенесены на полярную диаграмму: впуск пара, расширение, предварение выпуска, выпуск, сжатие и предварение впуска.

Как известно, перекрыша выпуска обычно меньше перекрыши впуска (последняя иногда отрицательная), поэтому при выпуске пара максимальное открытие окна

Как устроен и работает паровозКак устроен и работает паровоз

Рис. 109 Полярная диаграмма

Ьтах значительно больше, чем наибольшее открытие окна атах при впуске пара, т. е. в последнем случае окно будет открываться не полностью. Рассмотрим отдельные моменты взаимного расположения главного кривошипа и золотника с увязкой их с точками на индикаторной диаграмме.

При крайнем левом положении главного кривошипа ОА (см. рис. 109), что соответствует началу впуска пара в цилиндр (на индикаторной диаграмме точка 1), золотник, двигаясь влево, отклонился от среднего положения на величину Оа = е + V, т. е. на величину перекрыши впуска и величину предварения впуска. Точка 2 на индикаторной диаграмме соответствует моменту прекращения впуска или отсечки пара. Кривошип в этот момент находится в положении ОВ, а золотник двигается к центру и не дошел до среднего положения на величину перекрыши впуска е. От точки 2 до точки 3 происходит расширение пара, кривошип находится в положении ОГ, ж. е. в момент начала предварения выпуска V золотник передвинулся вправо от среднего положения на величину перекрыши выпуска

Когда кривошип займет крайнее правое положение ОБ (на индикаторной диаграмме точка 4), золотник передвинется на величину перекрыши выпуска плюс линейное предварение выпуска (1 + V!). Таким образом, окно откроется на величину линейного предварения выпуска. Положение кривошипа по линии ОД соответствует концу выпуска пара (точка 5). Золотник в это время, двигаясь к центру, закроет окно для выпуска и не дойдет до среднего своего положения на величину перекрыши выпуска и В момент, когда кривошип займет положение ОЕ (точка 6), начнется предварение впуска пара в цилиндр. Золотник пройдет свое среднее положение и сдвинется влево на величину предварения впуска пара е.

Полярная диаграмма дает возможность установить влияние изменения перекрыши впуска и выпуска, а также угла опережения на индикаторную диаграмму. Так, с увеличением перекрыши впуска возрастает период расширения пара, уменьшается наполнение и предварение впуска, а также увеличивается сжатие. С уменьшением перекрыши выпуска соответственно уменьшается период расширения пара, увеличивается предварение впуска и выпуск пара и уменьшается сжатие пара. Уменьшение угла опережения вызывает сокращение периодов предварения впуска и предварения выпуска.

Уже отмечено, что перекрыша выпуска делается меньше перекрыши впуска - обычно она делается очень небольшой или отрицательной. Если золотники имеют отрицательную перекрышу, то на полярной диаграмме ее величина откладывается не на нижней, а на верхней окружности впуска. Кроме того, полярная диаграмма может наглядно показать, каким образом можно изменить величину наполнения цилиндра машины. Если при неизменных значениях перекрыши и других элементов парораспределения на полярной диаграмме (см. рис. 108) увеличить эксцентриситет эксцентрика г, то при этом возрастет величина наполнения или отсечка.

Эллиптическая диаграмма. Описанная полярная диаграмма, как известно, характеризует зависимость между перемещением золотника, величинами открытия окон для впуска и выпуска пара и углом поворота главного кривошипа. На практике часто приходится определять перемещение золотника и открытие окон не только в зависимости от поворота кривошипа, но и в зависимости от положения поршня в цилиндре. Этой зависимостью также пользуются при проверках парораспределения. Для этого составляют эллиптическую диаграмму, на которой графически изображены взаимосвязанные перемещения золотника и поршня.

Построение эллиптической диаграммы (рис. ПО, внизу) производится следующим образом. Горизонтальную ось как полярной, так и эллиптической диаграммы, пред-ствляющую ход поршня К, разбивают на десять равных частей. На полярной диаграмме (см. рис. ПО, верхняя часть) по этой разбивке отмечают десять положений кривошипа и соответствующих им отклонений золотника. На эллиптической диаграмме в каждой из-десяти точек на оси А Б откладывают соответствующее каждому положению поршня перемещение золотника, взятое с полярной диаграммы. При этом вверх отложены открытия окон для впуска, а вниз-открытия окон для выпуска. Ввиду того что здесь не учитывалась конечность длины шатуна, верхняя и нижняя части эллиптической диаграммы симметричны. Параллельно горизонтальной оси АБ эллиптической диаграммы на расстоянии величины перекрыши впуска е вверху и на расстоянии величины перекрыши выпуска /

Как устроен и работает паровоз

внизу проводят прямые линии. Отрезки а и b в пределах заштрихованных участков диаграммы и будут являться величинами открытия окон соответственно для впуска и выпуска пара. В случае отрицательной перекрыши выпуска ее величину откладывают, как и в полярной диаграмме, вверх от горизонтальной оси.

На рис. ПО изображена диаграмма для задней полости цилиндра, при этом верхняя ее часть характеризует рабочий ход поршня слева направо и показывает открытие заднего окна для впуска пара, а нижняя - соответствует нерабочему ходу поршня справа налево и отображает открытие заднего окна для выпуска пара.

Показанная на рис. 110 эллиптическая диаграмма является теоретической. Ввиду того что на характер перемещения золотника влияет конечность главного шатуна (теоретически предполагается бесконечно длинный шатун), построенные теоретические эллиптические диаграммы несколько неточно отражают зависимость между положениями поршня и перемещениями золотника. Для устранения влияния конечности длины шатуна, которое является существенным, при построении полярных и эллиптических диаграмм вносят так называемую поправку Брикса. Эта поправка заключается в том, что начало координат для окружностей впуска и выпуска в полярной диаграмме сдвигают от начала координат окружности главного кривошипа на величину отношения квадрата радиуса главного кривошипа к удвоенной длине шатуна. Аналогичным образом сдвигают начало координат при построении эллиптической диаграммы.

На действующих паровозах для проверки парораспределительного механизма эллиптические диаграммы составляют на основе фактических измерений перемещений золотника. Для этого ход поршня делят на десять равных частей, устанавливают поршень поочередно в каждое из этих положений и измеряют перемещение золотника, соот-. ветствующее определенному положению поршня. Таким путем можно построить эллиптические диаграммы для различных степеней наполнения цилиндров.

Сравнивая эллиптические диаграммы, снятые с натуры, с альбомными диаграммами, нетрудно определить возможные неправильности, допущенные при сборке парораспределительного механизма.

⇐ | Золотник с перекрышами и работа машины с расширением || Как устроен и работает паровоз || Индикаторная диаграмма, мощность, сила тяги паровоза | ⇒