В машиностроении цилиндры поршневых двигателей часто классифицируют по тому, являются ли они одно- или двустороннего действия, в зависимости от того, как рабочая жидкость действует на поршень .
Цилиндром одностороннего действия в поршневом двигателе называется цилиндр , в котором рабочая жидкость действует только на одну сторону поршня . Цилиндр одностороннего действия опирается на нагрузку, пружины, другие цилиндры или импульс маховика , чтобы толкать поршень назад в другом направлении. Цилиндры одностороннего действия встречаются в большинстве типов поршневых двигателей. Они почти универсальны в двигателях внутреннего сгорания (например, бензиновых и дизельных двигателях ), а также используются во многих двигателях внешнего сгорания, таких как двигатели Стирлинга и некоторые паровые двигатели . Они также встречаются в насосах и гидроцилиндрах .
.jpg/1280px-Buffalo_horizontal_steam_engine_(New_Catechism_of_the_Steam_Engine,_1904).jpg)
Цилиндром двойного действия называется цилиндр, в котором рабочая жидкость действует поочередно на обе стороны поршня. Чтобы соединить поршень в цилиндре двустороннего действия с внешним механизмом, например коленчатым валом , на одном конце цилиндра должно быть предусмотрено отверстие для штока поршня, снабженное сальником или « сальником». ", чтобы предотвратить утечку рабочей жидкости. Цилиндры двустороннего действия распространены в паровых двигателях , но необычны в двигателях других типов. Многие гидравлические и пневматические цилиндры используют их там, где необходимо создать усилие в обоих направлениях. Гидравлический цилиндр двойного действия имеет порты на каждом конце, в которые подается гидравлическая жидкость как для втягивания, так и для выдвижения поршня. Цилиндр двойного действия используется там, где недоступна внешняя сила для втягивания поршня, или его можно использовать там, где требуется большая сила в обоих направлениях движения.
.jpg/1280px-Westinghouse_high-speed_single-acting_compound_engine_(Rankin_Kennedy,_Electrical_Installations,_Vol_III,_1903).jpg)
В паровых двигателях обычно используются цилиндры двойного действия. Однако ранние паровые двигатели, такие как атмосферные двигатели и некоторые лучевые двигатели , были одностороннего действия. Они часто передавали свою силу через балку с помощью цепей и «арочной головки», поскольку требовалось только натяжение в одном направлении.
Там, где они использовались для перекачивания шахтных стволов и должны были действовать только против нагрузки в одном направлении, конструкции одностороннего действия оставались в использовании в течение многих лет. Основной толчок к созданию цилиндров двойного действия произошел, когда Джеймс Уатт пытался разработать двигатель с вращающейся балкой , который можно было бы использовать для приведения в движение механизмов через выходной вал. [1] По сравнению с одноцилиндровым двигателем цилиндр двойного действия обеспечивает более плавную выходную мощность. Двигатель высокого давления, [i] разработанный Ричардом Тревитиком , использовал поршни двойного действия и впоследствии стал моделью для большинства паровых двигателей.
Некоторые из более поздних паровых машин, высокоскоростных паровых машин , использовали поршни одностороннего действия новой конструкции. Крейцкопф стал частью поршня, [ii] и поршневого штока больше не было. Это произошло по тем же причинам, что и в двигателе внутреннего сгорания, поскольку отказ от штока поршня и его уплотнений позволил создать более эффективную систему смазки картера .
В небольших моделях и игрушках часто используются цилиндры одностороннего действия по вышеуказанной причине, а также для снижения производственных затрат.
В отличие от паровых двигателей, почти во всех двигателях внутреннего сгорания используются цилиндры одностороннего действия.
Их поршни обычно представляют собой тронковые поршни , в которых поршневой палец шатуна находится внутри самого поршня. Это позволяет избежать использования крейцкопфа, штока поршня и его уплотнительного сальника, но также делает практически необходимым поршень одностороннего действия. Это, в свою очередь, имеет то преимущество, что обеспечивает легкий доступ к нижней части поршня для смазочного масла, которое также выполняет важную функцию охлаждения. Это позволяет избежать локального перегрева поршня и колец.
В небольших бензиновых двухтактных двигателях , например, в мотоциклах, используется сжатие картера , а не отдельный нагнетатель или продувочный вентилятор . При этом обе стороны поршня используются в качестве рабочих поверхностей, а нижняя сторона поршня действует как поршневой компрессор, сжимающий впускной заряд, готовый к следующему такту. Поршень по-прежнему считается односторонним, поскольку только одна из этих сторон производит мощность.
.jpg/1280px-K%C3%B6rting_gas_engine_(Rankin_Kennedy,_Electrical_Installations,_Vol_III,_1903).jpg)
Некоторые ранние газовые двигатели , такие как оригинальные двигатели Ленуара , выпущенные примерно в 1860 году, были двойного действия и по своей конструкции следовали паровым двигателям .
Вскоре двигатели внутреннего сгорания перешли на цилиндры одностороннего действия. Это произошло по двум причинам: что касается высокоскоростной паровой машины, то большая сила, действующая на каждый поршень и его шатун, была настолько велика, что предъявляла большие требования к подшипникам. Поршень одностороннего действия, в котором силы были постоянно сжимающими вдоль шатуна, позволил добиться более узких зазоров в подшипниках. [2] Во-вторых, потребность в больших площадях клапанов для обеспечения хорошего потока газа, в то же время требуя небольшого объема камеры сгорания для обеспечения хорошего сжатия , монополизировала пространство, доступное в головке блока цилиндров . Цилиндр Ленуара, созданный на основе парового двигателя, был неподходящим для бензинового двигателя , поэтому вместо него появилась новая конструкция, основанная на тарельчатых клапанах и тронковом поршне одностороннего действия .
.jpg/1280px-K%C3%B6rting_gas_engine_cylinder,_section_(Rankin_Kennedy,_Electrical_Installations,_Vol_III,_1903).jpg)
В качестве дутьевых двигателей для доменных печей строились также чрезвычайно большие газовые двигатели с одним или двумя чрезвычайно большими цилиндрами, работавшие за счет сжигания печного газа . В них, особенно в моделях Körting , использовались цилиндры двойного действия. Газовые двигатели требуют незначительного сжатия заряда или вообще не требуют его вообще, по сравнению с бензиновыми двигателями или двигателями с воспламенением от сжатия , поэтому конструкции цилиндров двойного действия по-прежнему были адекватными, несмотря на их узкие и извилистые каналы.
Цилиндры двойного действия нечасто использовались в двигателях внутреннего сгорания с тех пор, хотя компания Burmeister & Wain производила двухтактные дизели двойного действия (2-SCDA) для морских силовых установок до 1930 года. Первый двигатель мощностью 7000 л.с. был установлен на британском MV Amerika (United Baltic Co.) в 1929 году. [3] [4] Два двигателя B&W SCDA, установленные на MV Stirling Castle в 1937 году, производили по 24 000 л.с. каждый.
В 1935 году в США была заказана подводная лодка USS Pompano класса Perch. [iii] Было построено шесть лодок с тремя дизельными двигателями различной конструкции от разных производителей. «Помпано» оснащался 8-цилиндровыми двигателями двойного действия HOR ( Hooven-Owens-Rentschler ), которые представляли собой лицензионную версию вспомогательных двигателей MAN крейсера « Лейпциг» . [5] Из-за ограниченного пространства внутри подводных лодок предпочтение отдавалось либо оппозитно-поршневым двигателям , либо, в данном случае, двигателям двойного действия, поскольку они были более компактными. Двигатели Помпано вышли из строя во время испытаний еще до того, как он покинул военно-морскую верфь Мэр - Айленда . Помпано простоял на восемь месяцев до 1938 года, пока не были заменены двигатели. [5] Даже тогда двигатели считались неудовлетворительными и в 1942 году были заменены двигателями Фэрбенкса-Морса . [5] Пока Помпано еще строился, были заказаны подводные лодки класса «Сальмон ». Три из них были построены компанией Electric Boat с 9-цилиндровым двигателем HOR. [6] Хотя эта версия и не была такой серьезной неисправностью, как двигатели Помпано , она все же вызывала проблемы , и лодки позже были оснащены теми же двигателями General Motors 16-248 V16 одностороннего действия, что и их родственные лодки. [6] Другие подводные лодки классов Sargo и Seadragon , построенные компанией Electric Boat , а также первые несколько подводных лодок класса Gato также были построены с этими 9-цилиндровыми двигателями HOR, но позже были модернизированы. [7]
Гидравлический цилиндр — это механический привод , который приводится в действие жидкостью под давлением, обычно маслом. Он имеет множество применений, особенно в строительном оборудовании ( инженерных транспортных средствах ), производственном оборудовании и гражданском строительстве.