В машиностроении цилиндры поршневых двигателей часто классифицируются как одно- или двухстороннего действия, в зависимости от того, как рабочая жидкость воздействует на поршень .
Цилиндр одностороннего действия в поршневом двигателе — это 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 видов 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 гидравлических таранах .
.jpg/1280px-Buffalo_horizontal_steam_engine_(New_Catechism_of_the_Steam_Engine,_1904).jpg)
Цилиндр двойного действия — это цилиндр, в котором рабочая жидкость действует попеременно на обе стороны поршня. Чтобы соединить поршень в цилиндре двойного действия с внешним механизмом, таким как коленчатый вал , на одном конце цилиндра должно быть предусмотрено отверстие для штока поршня, и оно снабжено сальником или « сальниковой коробкой » для предотвращения утечки рабочей жидкости. Цилиндры двойного действия распространены в паровых двигателях, но необычны в других типах двигателей. Многие гидравлические и пневматические цилиндры используют их там, где необходимо создать силу в обоих направлениях. Гидравлический цилиндр двойного действия имеет порт на каждом конце, снабжаемый гидравлической жидкостью как для втягивания, так и для выдвижения поршня. Цилиндр двойного действия используется там, где внешняя сила недоступна 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)
Паровые двигатели обычно используют цилиндры двойного действия. Однако ранние паровые двигатели, такие как атмосферные двигатели и некоторые лучевые двигатели , были односторонними. Они часто передавали свою силу через луч с помощью цепей и «арочной головки», поскольку требовалось только натяжение в одном направлении.
Там, где они использовались для откачки шахтных стволов и должны были действовать против нагрузки только в одном направлении, конструкции одностороннего действия оставались в употреблении в течение многих лет. Основной толчок к цилиндрам двухстороннего действия пришел, когда Джеймс Уатт пытался разработать двигатель с вращающейся балкой , который можно было бы использовать для привода машин через выходной вал. [1] По сравнению с одноцилиндровым двигателем, цилиндр двухстороннего действия давал более плавную выходную мощность. Двигатель высокого давления, [i] , разработанный Ричардом Тревитиком , использовал поршни двухстороннего действия и впоследствии стал моделью для большинства паровых двигателей.
Некоторые из более поздних паровых двигателей, высокоскоростные паровые двигатели , использовали односторонние поршни новой конструкции. Крейцкопф стал частью поршня, [ii] и больше не было поршневого штока. Это было по тем же причинам, что и в двигателе внутреннего сгорания, поскольку отказ от поршневого штока и его уплотнений позволял создать более эффективную систему смазки картера .
По этой причине, а также для снижения производственных затрат в небольших моделях и игрушках часто используются цилиндры одностороннего действия.
В отличие от паровых двигателей, почти все двигатели внутреннего сгорания использовали цилиндры одностороннего действия.
Их поршни обычно являются магистральными поршнями , где соединение поршневого пальца шатуна находится внутри самого поршня. Это позволяет избежать крейцкопфа, поршневого штока и его уплотнительного сальника, но это также делает поршень одностороннего действия почти необходимым. Это, в свою очередь, имеет преимущество, позволяя легко получить доступ к нижней части поршня для смазочного масла, которое также имеет важную функцию охлаждения. Это позволяет избежать локального перегрева поршня и колец.
Небольшие бензиновые двухтактные двигатели , например, для мотоциклов, используют сжатие картера , а не отдельный нагнетатель или продувочный вентилятор . Это использует обе стороны поршня как рабочие поверхности, нижняя сторона поршня действует как поршневой компрессор для сжатия впускного заряда, готового к следующему такту. Поршень по-прежнему считается односторонним, так как только одна из этих поверхностей 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 , появившиеся примерно в 1860 году, были двигателями двойного действия и по своей конструкции напоминали паровые двигатели .
Двигатели внутреннего сгорания вскоре перешли на цилиндры одностороннего действия. Это было по двум причинам: как и в случае с высокоскоростным паровым двигателем, большая сила на каждом поршне и его шатуне была настолько велика, что предъявляла большие требования к подшипникам. Поршень одностороннего действия, в котором направление сил было последовательно сжимающим вдоль шатуна, позволял использовать более узкие зазоры подшипников. [2] Во-вторых, необходимость в больших площадях клапанов для обеспечения хорошего потока газа, в то время как требовался небольшой объем для камеры сгорания, чтобы обеспечить хорошее сжатие , монополизировала пространство, имеющееся в головке цилиндра . Цилиндр Ленуара, полученный от парового двигателя, был недостаточен для бензинового двигателя , и поэтому вместо него появилась новая конструкция, основанная на тарельчатых клапанах и одностороннем магистральном поршне .
.jpg/1280px-K%C3%B6rting_gas_engine_cylinder,_section_(Rankin_Kennedy,_Electrical_Installations,_Vol_III,_1903).jpg)
Чрезвычайно большие газовые двигатели также строились как воздуходувные двигатели для доменных печей , с одним или двумя чрезвычайно большими цилиндрами и приводимые в действие сжиганием печного газа . Они, особенно построенные Körting , использовали цилиндры двойного действия. Газовые двигатели требуют небольшого или нулевого сжатия своего заряда по сравнению с бензиновыми или двигателями с воспламенением от сжатия , и поэтому конструкции цилиндров двойного действия все еще были адекватны, несмотря на их узкие, извилистые проходы.
С тех пор цилиндры двойного действия редко использовались в двигателях внутреннего сгорания, хотя компания Burmeister & Wain производила двухтактные дизели двойного действия (2-SCDA) для морских судов до 1930 года. Первый, мощностью 7000 л. с., был установлен на британском судне MV Amerika (United Baltic Co.) в 1929 году. [3] [4] Два двигателя B&W SCDA, установленные на судне MV Stirling Castle в 1937 году, вырабатывали по 24 000 л. с. каждый.
В 1935 году американская подводная лодка USS Pompano была заказана как часть класса Perch [iii]. Было построено шесть лодок с тремя различными конструкциями дизельных двигателей от разных производителей. Pompano была оснащена 8-цилиндровыми двигателями двойного действия HOR ( Hooven-Owens-Rentschler ), которые были лицензионной версией вспомогательных двигателей MAN крейсера Leipzig . [5] Из-за ограниченного пространства внутри подводных лодок предпочтение отдавалось либо двигателям с оппозитными поршнями , либо, в данном случае, двигателям двойного действия, поскольку они были более компактными. Двигатели Pompano оказались полностью неудачными и были разбиты во время испытаний еще до того, как покинули военно-морскую верфь Mare Island . Pompano была поставлена на прикол на восемь месяцев до 1938 года, пока двигатели не были заменены. [5] Даже тогда двигатели считались неудовлетворительными и были заменены двигателями Fairbanks-Morse в 1942 году. [5] Пока Pompano все еще строился, были заказаны подводные лодки класса Salmon . Три из них были построены Electric Boat с 9-цилиндровой модификацией двигателя HOR. [6] Хотя эта версия не была такой большой неудачей, как двигатели Pompano , она все еще была проблемной, и лодки позже были переоборудованы теми же двигателями General Motors 16-248 V16 одностороннего действия, что и их родственные лодки. [6] Другие подводные лодки классов Sargo и Seadragon , построенные Electric Boat , а также первые несколько подводных лодок класса Gato , также были построены с этими 9-цилиндровыми двигателями HOR, но позже переоборудованы. [7]
Гидравлический цилиндр — это механический привод , который приводится в действие жидкостью под давлением, обычно маслом. Он имеет множество применений, в частности, в строительном оборудовании ( инженерные машины ), производственных машинах и гражданском строительстве.