Меню раздела

Реверсирование двигателей


Изменение направления вращения приводного вала осуществляют двумя методами:
1) введением между двигателем и приводимой в действие машиной механического, гидравлического или электрического привода: в этом случае коленчатый вал двигателя всегда вращается в одном направлении, в то время как вал привода, соединенный с приводимой в действие машиной, может вращаться в любом направлении;
2) оборудованием двигателя системой реверсирования, позволяющей изменять направление вращения коленчатого вала.
Каждый из этих - методов имеет свои преимущества и недостатки. Реверсивные муфты сложны и относительно мало надежны. Однако при наличии такой муфты двигатель при реверсировании не останавливается, и его коленчатый вал вращается в одном направлении. Таким образом, отпадает необходимость в пуске двигателя для вращения вала в другом направлении, в результате чего существенно уменьшается износ деталей двигателя.
В двигателях безрельсового транспорта, кроме изменения направления вращения приводного вала, необходимо также изменять его угловую скорость, что обусловливает неизбежность введения особого передаточного механизма-коробки передач.
Широкое распространение получили винты регулируемого шага (ВРШ), в которых лопасти могут поворачиваться вокруг своей оси из положения, соответствующего полному переднему ходу, в положение, соответствующее заднему ходу, без изменения направления вращения гребного вала. В этом случае нет необходимости в реверсировании главного двигателя, что упрощает систему, увеличивает ее надежность, снижает стоимость, повышает моторесурс, уменьшает время маневрирования и путь, проходимый судном за период реверсирования, повышает экономичность эксплуатации судна. Пуск двигателя в этом случае осуществляют при установке лопастей ВРШ в положение наименьшего сопротивления, что позволяет быстро увеличить частоту вращения вала. Управление ВРШ легко осуществляется прямо с мостика судна. Однако применение ВРШ повышает стоимость, усложняет конструкцию валопровода и может привести к снижению надежности системы реверсирования.
Реверсивный механизм двигателя должен обеспечивать правильное чередование фаз газораспределения, топливоподачи и подачи пускового воздуха при прямом и обратном направлении вращения коленчатого вала. Поэтому реверсивный механизм должен воздействовать на органы газораспределения четырехтактных и двухтактных двигателей с клапанно-щелевой системой газораспределения, пусковые воздухораспределители и топливные насосы, если кулачковые шайбы последних имеют несимметричный профиль. В двухтактных двигателях с противоположно движущимися поршнями наличие сдвига угла заклинивания колен верхнего и нижнего коленчатых валов приводит к значительному ухудшению газообмена при вращении вала в обратном направлении и соответственно к ухудшению в этом случае рабочего процесса двигателя. Поэтому в реверсивных двигателях сдвиг угла делают меньшим, чем в нереверсивных.
Изменение фаз газораспределения может быть достигнуто установкой двух комплектов распределительных кулачков (для прямого и обратного хода), подводимых под ролики толкателей или рычагов (клапанов газораспределения, золотниковых воздухораспределителей) при осевом перемещении распределительного вала, либо при перемещении кулачковых шайб на специальной втулке вдоль распределительного вала. Для осуществления такого перемещения в реверсивном механизме предусматривают устройства, отводящие ролики от кулачков перед началом осевого перемещения распределительного вала или кулачковых шайб и подводящие ролики к кулачкам по окончании перемещения. Аналогичный результат получают перестановкой роликов клапанных рычагов на кулачки обратного хода либо поворотом клапанных рычагов на эксцентричных шайбах, расположенных на реверсивном валике.
Для упрощения конструкции в двигателях некоторых типов вместо использования указанных устройств кулачки прямого и обратного хода соединяют коническими переходными поверхностями, по которым скользят ролики при осевом перемещении распределительного вала. Естественно, в этом случае необходимо большее перемещение вала (для обеспечения плавности переходных поверхностей) и значительно большее усилие для такого перемещения. В существующих конструкциях осевое перемещение распределительного вала для реверсирования при наличии устройств для отвода роликов составляет (0,10-0,15)0, а при отсутствии таких устройств достигает 0,2. На распределительном валу может быть установлен только один комплект кулачков, а изменение фаз в этом случае осуществляется изменением фазового угла распределительного вала относительно коленчатого с помощью управляемой кулачковой муфты или моментного гидроцилиндра.
В случае применения гидравлического привода клапанов при прямоточной клапанно-щелевой системе газообмена реверсирование осуществляют переключением распределительного крана, направляющего масло от плунжерных насосов прямого или обратного хода. В зависимости от положения крана кулачная шайба 3 входит в соприкосновение с толкателем 5 переднего хода или с толкателем 1 заднего хода. Толкатель приводится в действие маслом, давление которого создается масляным насосом 14, Кран 8 сообщается с напорной полостью толкателя 5, и под давлением масла толкатель с пружиной 4 прижимается к кулачковой шайбе. Толкатель 1 выводится в нерабочее положение пружиной 2, при этом масло направляется на слив по трубопроводам 9 и 11. При нагнетательном ходе толкателя 5 после отсечки сливного канала 6 масло оказывает давление на поршень 10, воздействующий на привод клапанов 12 и 13. При переключении крана 8 во второе положение трубопровод 7 соединяется со сливным трубопроводом 9, и толкатель 5 выключается. Для вращения вала дизеля в обратном направлении подключается толкатель 1, в результате чего изменяются фазы, требуемые для реверсирования.
Реверсирование ротативных продувочных компрессоров осуществляют обычно при помощи перекидных заслонок или золотников, меняющих направление движения воздуха через компрессор при изменении направления вращения роторов. Все вспомогательные агрегаты (масляные и водяные насосы, топливоподкачивающие насосы и т.п.) реверсивных двигателей должны быть сконструированы для работы при любом направлении вращения коленчатого вала двигателя. В конструкции, изображенной на рис. 274, при осевом перемещении распределительного вала штифт 1 скользит в фигурном пазу вала распределителя и поворачивает его на необходимый угол. Угол поворота при реверсировании диска воздухораспределителя двухтактного двигателя (имеющего шесть-восемь цилиндров) составляет 60-90° угла поворота коленчатого вала, четырехтактного (восемь цилиндров) 100-105° угла поворота коленчатого вала (50-52° угла поворота распределительного вала).
В двигателях большой мощности, особенно четырехтактных, для реверсирования необходимы большие усилия, вследствие чего реверсивные механизмы снабжают масляными или пневматическими серводвигателями. Серводвигатели для реверсирования и управления работой двигателя используют во всех системах дистанционного управления.
Схемы реверсивных механизмов и постов управления судовых двигателей весьма разнообразны. В эту группу механизмов входят следующие устройства: главный (маневровый) пусковой клапан и устройство для управления им; механизм реверсирования органов газораспределения, пусковые воздухораспределители, топливные насосы и вспомогательные агрегаты; серводвигатели для приведения в действие реверсивных механизмов и управления работой двигателя, а также устройства для управления серводвигателями; механизм управления подачей топлива; блокировочные устройства, препятствующие неправильному выполнению операций пуска и реверсирования или проведению маневра, не соответствующего команде.
На рис. 278 показана схема системы управления судового двухтактного дизеля 684-УТ2ВР-180 с клапанно-щелевой схемой газообмена фирмы Бурмейстер и Вайн. Реверсирование пусковых золотниковых распределителей осуществляется вручную осевым перемещением кулачкового вала 23. Изменение фаз газораспределения и топливоподачи достигается поворотом распределительного вала, на котором установлены симметричные кулачковые шайбы выпускных клапанов и топливных насосов, на 30° относительно коленчатого вала.
Механизм для взаимного поворота распределительного и коленчатого валов показан в левой верхней части рис. 278. Привод распределительного вала 5 с находящимися на нем кулачковыми шайбами 17 топливного насоса и 18 выпускных клапанов осуществляется цепной передачей, звездочка 4 которой вращает вал реверсивного механизма, соединенный фланцевой муфтой 6 с распределительным валом. На валу реверсивного механизма на шпонке посажена втулка И рамы механизма с четырьмя поводками 19, в подшипниках которых установлены два коленчатых вала 3. Подшипники колен этих валов расположены в ползунах 2, скользящих в прорезях спиц звездочки 4, которая может свободно вращаться на шейке рамы реверсивного механизма. Рядом с втулкой рамы на валу механизма свободно посажена втулка.
На одном из концов втулки расположено зубчатое колесо, входящее в зацепление с двумя зубчатыми колесами, установленными на концах коленчатых валов. На другом конце втулки находится тормозной диск, к которому может прижиматься ролик тормозного цилиндра 8 при поступлении в цилиндр управляющего воздуха и таким образом останавливать движение зубчатого колеса 9. На торцах тормозного диска и втулки 16 выполнено по два кулачка, определяющих поворот тормозного диска относительно распределительного вала на угол 130°. Втулка установлена на шпонке на валу реверсивного механизма и имеет фигурную шайбу 28, на которую опираются ролики двух фиксаторов, закрепленных на тормозном диске и препятствующих самопроизвольному реверсированию. По наружным шлицам втулки 16 может перемещаться винтовая муфта 7, внешнюю ходовую резьбу которой охватывает неподвижная гайка 15, закрепленная на тормозном диске. Таким образом, при взаимном повороте во время реверсирования тормозного диска 13 и втулки 16 муфта перемещается вдоль оси, передвигая через систему рычагов механизм блокировки и золотник 26 реверсивного механизма в новое положение.
Все управление работой двигателя осуществляют двумя рычагами: для реверсирования и II-для пуска и регулирования подачи топлива. Эти рычаги сблокированы между собой секторами 24 и 25 так, что перемещение рычага II для пуска двигателя возможно только при крайних положениях рычага, соответствующих движению «Вперед» или «Назад». Точно так же перестановка рычага для реверсирования возможна только в том случае, если рычаг II находится в положении «Стоп».
На схеме показан механизм управления в тот момент, когда рычаг II находится в положении «Стоп», а рычаг / переведен в положение «Назад», причем осуществлено реверсирование распределителя осевым перемещением его кулачкового вала 23; реверсирования же органов газораспределения и топливных насосов еще не произошло.
При переводе рычага II из положения «Стоп» в положение «Пуск» тяга 21 захватывает своим зубом зуб рычага 22, который перемещает пусковой золотник 20. В результате этого воздух выпускается из пространства над управляющим поршнем главного (маневрового) пускового клапана Б; клапан Б открывается, пусковой воздух поступает к пусковым клапанам В цилиндров и в распределитель; вал двигателя начинает вращаться в направлении хода «Назад», так как распределитель уже реверсирован. Одновременно воздух из пусковой системы поступает через золотник 26 реверсивного механизма в тормозной цилиндр 8, который удерживает от вращения тормозной диск 13 и зубчатое колесо 9. При этом вращение звездочки 4 цепного привода приводит к обкатыванию зубчатых колес 10 вокруг заторможенного колеса 9 и вращению коленчатых валов до тех пор, пока кулачки 14 на торцах тормозного диска 13 и втулки 16 не придут в соприкосновение после поворота на 130° относительно распределительного вала. Одновременно пружинные упоры-амортизаторы 1 на ободе звездочки 4 упираются в поводки 19 рамы реверсивного механизма.
В результате распределительный вал оказывается повернутым относительно коленчатого вала на 30°, а осевое смещение муфты 7 приводит к перестановке блокировки и реверсивного золотника 26, прекращению доступа воздуха к тормозному цилиндру.
При дальнейшей перестановке рычага II для перехода на работу двигателя на топливе зуб тяги 21 соскакивает с зуба рычага 22, пружина оттягивает этот рычаг и перемещает пусковой золотник. При этом пусковой воздух поступает в управляющую полость главного пускового клапана и закрывает его. Положение механизма управления после окончания реверсирования при работе «Назад» показано на схеме.
Схема механизма управления с механическими связями и блокировкой (рис. 278) приведена для более наглядного представления взаимодействия отдельных элементов системы.
На рис. 279 показан поршневой пневматический серводвигатель для осевого перемещения распределительного вала при реверсировании четырехтактного дизеля типа ЧН 26/26. Шток 1 серводвигателя закреплен в расточке конца распределительного вала 2 двойным упорным подшипником. При осевом перемещении распределительный вал скользит в шлицах шестерни 3. Крайние положения штока определяются фиксаторами переднего 8 и заднего 6 хода, которые входят в соответствующие втулки 7 штока. Механизм изображен в положении пуска при движении вперед. При этом пусковой воздух через трубку 12 и пост управления И удерживает фиксатор 6 в отжатом положении, а поршень 4 серводвигателя - в правом положении. Фиксатор переднего хода утоплен в гнездо втулки, и воздух, поступающий с поста управления по трубопроводу 5, проходит через выточку фиксатора 8 к управляющему поршню главного пускового клапана 9 и через трубку 10 к пусковым клапанам. В результате этого клапан 9 открывается, пропуская воздух к пусковым золотникам, и двигатель начинает работать в направлении «Вперед».
Для реверсирования двигателя воздух от поста управления И направляется в трубопровод 13. При этом канал к управляющему поршню главного пускового клапана перекрывается фиксатором 6. Воздух поступает под поршень фиксатора 8, отжимает его и поступает под поршень серводвигателя, передвигая его влево до посадки фиксатора 6 в гнездо втулки штока. При этом открывается доступ воздуха через выточку этого фиксатора к управляющему поршню клапана 9, и двигатель пускается в направлении «Назад». Максимальное время полного перемещения распределительного вала при давлении воздуха 3 МПа составляет около 0,3 с, что обеспечивает достаточно быстрое реверсирование даже при меньшем давлении воздуха. Время перемещения поршня может быть изменено путем изменения диаметра дросселирующих воздушных каналов А. Диаметр цилиндра реверсивного серводвигателя данного двигателя равен 0,56О, а ход поршня 0,21.
Реверсивных серводвигателей находятся в пределах (0,4-0,5)0. В четырех- и двухтактных двигателях с клапанно-щелевой схемой газообмена с шестью-восемью цилиндрами диаметром 300-^400 мм расчетный крутящий момент, создаваемый крыльчатым масляным серводвигателем реверсирования при номинальном давлении масла, составляет 6-10 Н-м на 1 л рабочего объема двигателя. Размеры крыльчатых серводвигателей следующие: диаметр цилиндра серводвигателя (0,8-1,0)0; длина крыла серводвигателя 0,4-0,6 диаметра цилиндра серводвигателя.
Воздух в систему масляно-пневматических серводвигателей поступает из пусковой магистрали через редукционный клапан, поддерживающий постоянное давление (около 1,2 МПа) в этой системе при изменении давления в пусковой магистрали в широких пределах. Объем одного баллона выбирают равным 1,5-2,5 объема, описываемого поршнем или крылом серводвигателя. В сложных системах при большом числе блокировочных устройств и длинных маслопроводах объем баллонов соответственно увеличивают. Скорость масла в маслопроводах при обычной продолжительности реверсирования 5-8 с составляет 3-4 м/с. В пневматических серводвигателях систем реверсирования и управления давление воздуха обычно более высокое (2-3 МПа).
Системы пуска и реверсирования входят в общую систему дистанционного автоматизированного управления реверсивных двигателей.