Архив журнала Моделист-Конструктор
|
В ПОИСКАХ ДВИГАТЕЛЯ ИДЕАЛЬНОЙ СХЕМЫ |
|
Имя одного из ветеранов технического творчества Александра Сергеевича Абрамова хорошо знакомо постоянным читателям «М-К»: в журнале неоднократно рассказывалось о неутомимом самодеятельном конструкторе и его многочисленных увлечениях. В этом году Александру Сергеевичу исполняется 95 лет, и редакция сердечно поздравляет юбиляра, желает ему здоровья и творческой энергии. Тем более что энергия, если попытаться одним словом охарактеризовать конструкторский поиск талантливого изобретателя-самоучки, является его постоянным объектом исследований: Александр Сергеевич всю жизнь разрабатывал устройства для превращения энергии одного вида в другой. Волшебный процесс преобразования тепла в механическую энергию, потенциальной энергии - в кинетическую, силы - в движение... Все эти энергетические трансформации присутствуют в разработанных А. С. Абрамовым приборах, механизмах и двигателях. Причем практически всегда изобретатель не ограничивается чертежами и расчетами, а строит действующую модель: иногда полноразмерную, чаще - уменьшенную копию, и обязательно - целую серию плоских кинематических макетов, на которых уточняется взаимодействие деталей механизма или узла.
Сегодня мы вновь обращаемся к работам А. С. Абрамова - хотим познакомить читателей с одной из новых его конструкций: двигателем внутреннего сгорания, не имеющим кривошипно-шатунного механизма.
|
|
Поводом моей долголетней «войны» с этим привычным элементом любого поршневого ДВС стали недостатки этого устройства. Один из основных - в появлении при его работе инерционных сил, прижимающих поршень к стенкам цилиндра. Помимо повышенного износа, это существенно увеличивает силу трения в паре поршень - цилиндр, что ведет к уменьшению коэффициента полезного действия двигателя, уменьшению его экономичности и ресурса.
Работу одного из вариантов бесшатунного двигателя удобнее рассмотреть на созданной мною действующей модели - она представляет собой небольшой пневматический двигатель, кинематика которого практически такая же, как у сконструированного ранее «настоящего» двигателя внутреннего сгорания. Пневматический двигатель, кстати, имеет право и на самостоятельное существование. Как известно, пневмодвигатели широко используются в качестве привода дрелей, гайковертов и пневматических отверток, шлифовальных машинок, а также в качестве двигателей для пневмовозов, используемых во взрывоопасных помещениях.
Итак, пневмодвигатель смонтирован на основании; на нем жестко закреплен горизонтально расположенный цилиндр, в котором может свободно перемещаться поршень. Стоит создать в цилиндре избыточное давление, как поршень начинает прямолинейно перемещаться. Преобразование такого поступательного движения во вращательное происходит с помощью шарнирно закрепленного цилиндрического кулачка, являющегося валом пневматического двигателя. Когда поршень движется (на рисунке - вправо), два установленных на его торце ролика упираются в кулачок и проворачивают его. Но вот поршень прошел большую часть пути - в этот момент золотник, управляемый закрепленным на валу специальным кулачком, производит «отсечку» воздуха и соединяет подводящий шланг с атмосферой. Далее, вал двигателя, увлекаемый массивным маховиком, по инерции проворачивается на пол-оборота, в течение которого через золотник происходит выпуск отработавшего воздуха. Далее золотник вновь подключает полость цилиндра к источнику сжатого воздуха - и цикл повторяется. Представляется, что такой пневмодвигатель (равно как и двигатель внутреннего сгорания, построенный по этой схеме) будет иметь ряд преимуществ перед традиционными. Одно из них - это компактность. Действительно, габариты такого мотора лишь немного превышают размеры цилиндра. Именно поэтому двигатель вполне возможно использовать там, где ДВС обычной схемы работать не смогут. Например, в качестве привода насосов, располагаемых в скважинах. А пневмодвигатели такого типа вполне смогли бы приводить во вращение мощные тихоходные пневмодрели. Ведь сейчас чаще всего в пневмодрелях используются высокооборотные турбинки, и, чтобы получить на рабочем валу большой крутящий момент, приходится использовать сложные и дорогие планетарные редукторы. Думается, что для таких устройств больше подошел бы предлагаемый двигатель, и даже несколько большие потери на трение в паре ролик - кулачок оказались бы оправданными.
Есть смысл подробнее рассказать о рабочей модели ДВС - пневмодвигателе. Думается, что его смогли бы сделать самостоятельно и юные читатели нашего журнала. Почти все детали мотора сделаны из вполне доступных материалов и полуфабрикатов. Так, рабочий цилиндр пневмодвигателя - это использованный аэрозольный баллончик: поршень - меньший аэрозольный баллон, цилиндрический кулачок - из консервной банки. Кстати, на него следует обратить особое внимание. Если сделать развертку его боковой поверхности, то можно увидеть, что она представляет собой синусоиду. Поэтому имеет смысл предварительно расчертить ее на листе чертежной бумаги, вырезать и наклеить выкройку на цилиндрическую поверхность банки. Обрезав затем жесть по синусоиде, можно получить заготовку рабочего кулачка. Имеет смысл напаять по беговой дорожке кулачка латунную или медную проволоку, в противном случае жесть будет врезаться в ролики.
Один из узлов, на который при изготовлении двигателя следует обратить особое внимание - это распределительный механизм. Он состоит из кулачка, толкателя и корпуса. Два последних представляют собой плоский золотник, который открывается для подвода сжатого воздуха, когда поршень находится в мертвой точке.
Вот, собственно, и весь двигатель. К сожалению, у меня нет времени и сил на совершенствование мотора, хотя я и представляю возможные пути его улучшения. Думаю, что это сделают наиболее неугомонные читатели, которые заинтересуются схемой такого двигателя. В частности, имеет смысл доработать цилиндрический кулачок, сделав его не открытым, как на модели, а двухсторонним. Это позволит отказаться от возвратных пружин, снижающих коэффициент полезного действия механизма, а также не даст возможности роликам отрываться от поверхности кулачка на высоких оборотах. Кроме того, такой кулачок позволит удвоить мощность, снимаемую с рабочего цилиндра: для этого необходимо переоборудовать золотниковое устройство так, чтобы сжатый воздух направлялся попеременно в цилиндр с правой и левой сторон поршня.
А. АБРАМОВ
|
|
Схема пневматического двигателя конструкции А. С. Абрамова: 1 - основание. 2 - рабочий цилиндр, 3 - поршень, 4 - впускной патрубок, 5 - шланг, 6 - ролик, 7 - цилиндрический кулачок, 8 - вал двигателя, 9 - золотник, 10 - патрубок подачи сжатого воздуха, 11 - маховик, 12 - кулачок привода золотника, 13 - кронштейн крепления вала, 14 - кронштейны крепления рабочего цилиндра, 15 - возвратная пружина.
|