Опозитна поршнева машина

Винахід відноситься до машинобудування, а саме, до компресоробудування та насособудування. Відомо опозитна поршнева машина, яка містить кривошип, шарнірне з'єднаний з двома шатунами, кожний з яких шарнірно з'єднано з крейцкопфом, що знаходиться у нерухомих напрямних, при цьому крейцкопфи установлено опозитно і через штоки з'єднано з опозитними поршнями, які установлено в опозитних циліндрах з утворенням робочих камер (див. Рахмилевич 3.3. Компрессорные установки: Справ. Изд. - Μ.: Химия, 1989. С.21-22 ). Дану опозитну поршневу машину обрано за прототип. Недоліком відомої опозитної поршневої машини є те, що в шарнірних з'єднаннях кривошипа з опорою, кривошипа з шатунами та шатунів з крейцкопфами, а також в з'єднанні крейцкопфа з його напрямними діють значні сили, які спричинюють великі втрати на тертя та спрацювання тертьових поверхонь, що призводить до зниження ресурсу поршневої машини. В поршневій машині будь-якого призначення сили, що діють в перелічених шарнірних з'єднаннях, збільшуються по мірі витискування об'ємів циліндрів, а при повному витисканні цих об'ємів досягають максимальних значень. Крім цього, така опозитна поршнева машина дуже чутлива до спрацювання поверхонь тертя крейцкопфів та їх напрямних: утворення найменшого зазора між ними призводить до виникнення бічних сил між поршнями та циліндрами. В основу винаходу поставлено задачу зменшення втрат на тертя та зменшення спрацювання тертьових поверхонь рухомих з'єднань, збільшення ресурсу опозитної поршневої машини шляхом удосконалення її структурної схеми. Поставлена задача досягається тим, що в опозитній поршневій машині, яка містить кривошип, шарнірне з'єднаний з двома шатунами, кожний з яких шарнірно з'єднано з крейцкопфом, що знаходиться у нерухомих напрямних, при цьому крейцкопфи установлено опозитно і через штоки з'єднано з опозитними поршнями, які установлено в опозитних циліндрах з утворенням робочих камер, відповідно до винаходу, кривошип шарнірно з'єднано з одним із шатунів, який другим кінцем шарнірно зв'язано з крейцкопфом, що знаходиться у нерухомих напрямних, вісь яких утворює з віссю опозитних циліндрів кут 90°, крейцкопф утворює шарнірні з'єднання з двома іншими шатунами, один з яких другим кінцем шарнірно зв'язано з одним опозитним поршнем, а другий -з іншим опозитним поршнем, при цьому відстань між віссю обертання кривошипа та віссю опозитних циліндрів дорівнює сумі довжин кривошипа та приєднаного до нього шатуна. Завдяки ознакам, властивим даному винаходові, діюча з боку крейцкопфа на шатуни поршнів ефективна сила, яка необхідна для перемагання опору руху поршнів, зменшується по мірі витискування об'ємів циліндрів, а при повному витисканні цих об'ємів, коли сили опору руху поршнів досягають максимальних значень, ця ефективна сила стає рівною нулю, оскільки її величина пропорційна тангенсу кута тиску (кута між лінією поршневого шатуна та віссю опозитних циліндрів), а цей кут, згідно з показаним в переліку відмінних ознак геометричним співввідношенням, при повному витисканні об'ємів циліндрів дорівнює нулю. При цьому сили протитиску на опозитні поршні, які в прототипі передаються на шатуни та кривошип, в 'даній поршневій машині зрівноважують одна одну на крейцкопфі, тобто їх дія на кривошипний шатун і кривошип повністю виключається. Що ж до початку витискування об'ємів циліндрів, коли кути тиску поршневих шатунів мають максимальні значення, то при цьому тиски в циліндрах незначні і потрібна ефективна сила, яка діє з боку крейцкопфа на шатуни поршнів, також незначна. Величина ж цієї сили визначає навантаженість шарнірних з'єднань кривошипа з опорою, з шатуном, крейцкопфа з кривошипним шатуном, а також з'єднання крейцкопфа з нерухомими напрямними. Таким чином, у порівнянні з прототипом, в запропонованій опозитній поршневій машині різко зменшуються максимальні сили, що діють в перелічених рухомих з'єднаннях, і, як наслідок, суттєво зменшуються втрати на тертя, зменшується спрацювання тертьових поверхонь, що сприяє підвищенню ресурсу опозитної поршневої машини. Крім цього, усувається чутливість машини до спрацювання поверхонь тертя крейцкопфа та його нерухомих напрямних, оскільки утворення зазору між ними не призводить до збільшення бічних сил між поршнями та циліндрами. Суть винаходу пояснюється кресленням (фіг.), де зображено структурну схему опозитної поршневої машини. В запропонованій опозитній поршневій машині кривошип 1 за допомогою шарніра А з'єднано з опорою, а через шарнір В - з шатуном 2. Другим своїм кінцем шатун 2 утворює шарнірне з'єднання С з крейцкопфом 3, який знаходиться в нерухомих напрямних 4. Крейцкопф 3 за допомогою шарнірів D, Е з'єднано з шатунами 5, 6, які другими своїми кінцями утворюють шарнірні з'єднання G, Н, відповідно, з поршнями 7, 8, розміщеними з утворенням робочих камер 9, 10 в опозитних циліндрах 11, 12. Вісь нерухомих напрямних 4 утворює з віссю опозитних циліндрів 11,12 Кут 90°. Відстань L між віссю шарніра А та віссю опозитних циліндрів 11, 12 дорівнює сумі довжин г кривошипа 1 та oС приєднаного до нього шатуна 2. Опозитна поршнева машина працює наступним чином. Обертаючись, кривошип 1 через шатун 2 надає зворотнопоступальний рух крейцкопфу 3 в нерухомих напрямних 4. Крейцкопф 3 через шатуни 5, 6 надає зворотно-поступальний рух поршням 7, 8. При цьому в утворених ними робочих камерах 9, 10 в циліндрах 11, 12 здійснюються термодинамічні процеси. Витискування об'ємів циліндрів 11, 12, яке здійснюється при русі поршнів 7, 8, що викликає зменшення об'ємів робочих камер 9, 10, пов'язано із збільшенням сил тиску F на поршні 7, 8 практично від нуля до максимальних значень. В даній опозитній поршневій машині здійснення цього процесу супроводжується сприятливою динамікою змінювання кутів тиску 9 шатунів 5, 6: по мірі збільшення сил F ці кути зменшуються від максимальних значень на початку процесу до н уля в кінці процесу, завдяки чому ефетивна сила Fеф , діюча з боку крейцкопфа 3, спочатку неістотно зростає, а потім зменшується в кінці процесу до нуля. Це приводить до різкого обмеження навантажень на кривошип 1, шатун 2, крейцкопф 3 та сил взаємодії цих ланок в шарнірних з'єднаннях А, В, С і з'єднанні крейцкопфа 3 з нерухомими напрямними 4. Як випливає із розглядання структурної схеми опозитної поршневої машини, утворення зазору між крейцкопфом 3 та нерухомими напрямними 4 не викликає збільшення бічних сил між поршнями 7, 8 і циліндрами 11, 12, як це відбувається в прототипі. Завдяки значному зменшенню сил взаємодії ланок в рухомих з'єднаннях запропонованої опозитної поршневої машини суттєво зменшуються втрати на тертя, зменшується спрацювання поверхонь тертя, підвищується ресурс машини.