Пристрій для захисту двигуна внутрішнього згоряння

Винахід відноситься до галузі машинобудування, зокрема, до двигунобудування, а саме, до засобів для захисту двигунів вн утрішнього згоряння від аварій, неекономічних та неекологічних режимів роботи при відказі їх систем автоматичного регулювання частоти обертання, надмірному засміченні повітроочисника або при перевершенні гранично допустимих значень моменту опору споживачами їх енергії. Відомий пристрій для захисту двигуна внутрішнього згоряння, що містить датчик розрідження у впускному трубопроводі, виконаний у вигляді підпружиненої діафрагми, виконавчий механізм, виконаний у вигляді клапана, зв'язаного через шток з діафрагмою, роликовий фіксатор положення клапана, оснащений зворотною пружиною, який взаємодіє зі штоком, перший і другий сильфони, механізм дистанційного управління, виконаний у вигляді рукоятки з тросом, приєднаним до штока, і систему рідинного охолодження, причому перший сильфон зв'язаний зі штоком, другий сильфон оснащений нерухомим і рухомим фланцями, останній з яких зв'язаний із зворотною пружиною, а впускний трубопровід оснащений перегородками, що утворюють разом з діафрагмою і клапаном герметичну порожнину, а також містить датчик температури, виконаний у ви гляді термобалона, установлений в системі охолодження і зв'язаний за допомогою капіляра з другим сильфоном, а нерухомий фланець установлений між зворотною пружиною і нерухомим фланцем (див. Авторське свідоцтво СРСР №1283431, 1987р.). Однак, недоліком відомого пристрою є низька надійність захисту двигуна вн утрішнього згоряння від можливого перевантаження внаслідок дії на нього моменту опору машин та агрегатів, що ним приводяться, який перевершує гранично допустиме значення. Моментні перенавантаження погіршують умови роботи систем і механізмів двигуна, що призводить до перевитрати палива, форсованого зношування тертьових поверхонь, а також погіршує його вихідні техніко-економічні показники, надійність і довговічність. Отже, відомий пристрій має низьку надійність захисту двигуна вн утрішнього згоряння. Тому, з метою підвищення надійності захисту двигуна вн утрішнього згоряння, пропонується удосконалення пристрою, суттєві ознаки якого полягають в тому, що в пристрій додатково установлюється датчик крутного моменту, який передається через силовий привід. При цьому датчик установлюється між двигуном внутрішнього згоряння і робочими органами машини чи агрегату та виконаний у вигляді планетарного редуктора, що органічно входить в конструкцію силового приводу. Планетарний редуктор, який є одночасно штатним вузлом трансмісії і в силу свого основного призначення - знижувати частоту обертання на шляху від первинного двигуна до робочих органів машини, буде додатково вимірювати крутний момент, що проходить через нього, і формувати сигнал про його величину, необхідний для подальшої організації захисту двигуна, а отже, і всієї трансмісії і робочих органів машини чи агрегату. В основу винаходу поставлена задача підвищення надійності захисту двигуна внутрішнього згоряння шляхом створення та установки додаткового датчика величини моменту опору з боку машин чи агрегатів, що ним приводяться, і, по мірі пере вершення гранично допустимого його значення, за сигналами датчика зупинити двигун, запобігаючи тим самим його роботі в аварійному режимі. Для вирішення поставленої задачі ведуча ланка планетарного редуктора з'єднується з двигуном, ведена ланка через трансмісію - з робочим органом машини, а його зупинена ланка - з податливою опорою, виконаною у вигляді відновлювальної пружини, і - зі штоком гідравлічного демпфера, який використовується для гасіння високочастотних коливань, спричинених а силовому приводі дією змінного моменту опору робочих органів машин та агрегатів, особливостями процесу згоряння робочої суміші в циліндрах двигуна тощо, а також - з вузлом приймального сильфона дистанційної гідравлічної передачі сигналів. Дистанційна гідравлічна передача, крім вузла приймального сильфона, містить виконавчий вузол, виконаний у вигляді двох сильфонів із спільним нерухомим, зв'язаним з напрямною, фланцем та двома, з'єднаними між собою тягою, рухомими фланцями, також зв'язаними з одного боку зворотною пружиною роликового фіксатора, а з протилежного боку - з одним торцем додатково установленої пружини, другий торець якої впирається в сідло, що взаємодіє з регулювальним гвинтом ступеня й попереднього стиску. При цьому порожнина, утворена внутрішнім і зовнішнім сильфонами, спільним нерухомим і двома рухомими фланцями, безпосередньо сполучається гідро лінією з порожниною сильфона приймального вузла. Вказані конструктивні особливості пристрою дозволяють використовува ти штатний планетарний редуктор силової передачі як для зниження частоти обертання, так і для вимірювання крутного моменту, що є доцільним та оправданим, а також використовувати один виконавчий механізм для зупинки двигуна шляхом перекривання надходження повітря в його циліндри при відмові системи автоматичного регулювання частоти обертання колінчастого вала, надмірному засміченні повітроочисника або надмірному перевершенні моменту опору робочих органів машин та агрегатів, що ним приводяться. Це підвищує надійність захисту двигуна внутрішнього згоряння. Таким чином, сукупність суттєви х ознак запропонованого пристрою є достатньою і необхідною умовою для досягнення технічного результату, що забезпечується винаходом - більш надійного захисту двигуна вн утрішнього згоряння. Винахід пояснюється кресленням, на якому представлено загальний вигляд запропонованого пристрою. Виконавчий механізм 1 пристрою виконаний у вигляді діафрагми 2, жорстко зв'язаної зі штоком 3 і постійно діючою на неї пружиною 4, верхній кінець якої впирається в регулювальний гвинт 5, установлений в кришці 6. Верхня частина штока 3 з’єднана з одним кінцем гнучкого троса 7, що проходить в напрямній 8, другий кінець якого зв'язаний з рукояткою 9 механізму ручного керування виконавчим механізмом 1 і фіксатором 10, а нижня частина виконана у вигляді клапана 11. В середній частині штока З розміщений упор 12 з нахилом до ролика 13 фіксатора 14 положення клапана. Фіксатор 14 має фланець 15, жорстко з'єднаний з першим сильфоном 16, і впирається на один кінець зворотної пружини 17, другий кінець якої впирається в сідло 18 з регулювальною гайкою 19, установленою на штоку 20. Шток 20 жорстко з'єднаний з рухомими 21 і 22 фланцями, з якими одними торцями зв'язані другий сильфон 23 і внутрішній сильфон 24, а їх протилежні торці з'єднані з нерухомим порожнинним фланцем 25, закріпленим на циліндричній напрямній втулці 26. На; фланець 22 одним торцем впирається додаткова пружина 27, другий торець якої впирається в сідло 28, що взаємодіє з регулювальним гвинтом 29, який фіксує його положення на втулці 26, гайкою 30. Втулка 26 з’єднана з корпусом 31 і є напрямною для рухомих фланців 15, 21, 22. Порожнина 32 змінного об'єму, утворена другим 23 і внутрішнім 24 сильфонами, рухомими 21, 22, а також нерухомим фланцем 25, гідро лінією 33 сполучається з порожниною 34 додаткового сильфона 35 джерела тиску 36 з нерухомим фланцем 37, приєднаним до напрямної втулки 38 і до одного торця сильфона 35, другий торець якого зв'язаний з рухомим фланцем 39. Фланець 39 кінематично через шток 40 і важіль 41 зв’язаний із зупиненою ланкою 42 датчика крутного моменту, виконаного у вигляді планетарного редуктора 43, ведуча ланка 44 якого зв'язана з двигуном, а ведена 45 - з привідною машиною. Через важіль 41, з'єднувальну ланку 46 і шток 47 із зупиненою ланкою 42, установленою з можливістю повороту відносно осі, зв'язаний пружний елемент 48, виконаний у вигляді відновлювальної пружини 49, встановленої у втулках 50, 51, і яка впирається одним торцем в регулювальну гайку 52 на штокові 47, а другим торцем — на нерухому частину 53 силової передачі. З другого боку, через ланку 46 і шток 54 зупинена ланка 42 зв’язана з гідравлічним демпфером 55 з поршнем 56 в корпусі 57 з кришками 58, 59. Для забезпечення герметичності і високої чутливості датчика виключенням сухого тертя в з'єднувальних парах шток - кришки встановлені сильфони 60, 61, одні торці яких зв'язані з кришками 58, 59, а протилежні торці - з поршнем 56. Порожнина 62 гідравлічного демпфера сполучається з порожниною 63 через регулюючий дросель 64. Настроювання переміщення зупиненої ланки 42 здійснюється регулювальними гвинтами 65, 66. Напрямними штока 3 служать перегородки 67, 68 з отворами, через які герметична порожнина 69 сполучається з впускним трубопроводом 70 і повітроочисником 71. Перекривання надходження повітря в циліндри двигуна забезпечується посадкою клапана 11 в сідло 72. Пристрій працює так. При непрацюючому двигуні або при роботі його на швидкісному режимі, що складає 50...60% від гранично допустимого значення частоти обертання колінчастого вала, а також при допустимих ступенях забруднення повітроочисника 71 і величини моменту опору машини, що ним приводиться, розрідження у впускному трубопроводі 70 незначне і клапан 11 знаходиться поза впускним трактом, забезпечуючи вільне надходження повітря від повітроочисника 71 в циліндри двигуна. При цьому ролик 13 під дією пружин 17, 27 і тиску робочої рідини в порожнині 32 впирається в нижню частину упора 12. По мірі збільшення частоти обертання колінчастого вала до 50…60% від номінальної і вище до гранично допустимих значень, а також при гранично допустимому моменті опору приводної машини і ступеня забрудненості повітроочисника 71, розрідження у впускному тракті 70 збільшується і через зазор між клапаном 11 та корпусом 31, отвори в перегородках 67, 68 передається в порожнину 69. В результаті дисбалансу сил атмосферного тиску і розрідження в порожнині 69, діючих на діафрагму 2, остання, здолавши зусилля ролика 13, перемістить шток 3, а разом з ним і клапан 11, донизу. Таким чином, у вказаному діапазоні зміни частоти обертання колінчастого вала, а також допустимих ступенях засмічення повітроочисника 71 і величині моменту опору приводної машини, ролик 13 переміщується по всій нахиленій поверхні упора 12, однак не в змозі перейти на його протилежний бік. При цьому клапан 11 не перешкоджає надходженню повітря в циліндри двигуна. Як тільки розрідження в герметичній порожнині 69 збільшується із-за різкого зростання допустимої частоти обертання колінчастого вала двигуна, обумовленого відмовою його системи автоматичного регулювання частоти або надмірного засмічення повітроочисника 71, збільшується дисбаланс сил, що діють на діафрагму 2. Остання, здолавши остаточне зусилля ролика 13, переміщує шток 3 донизу на таку величину, що він переміститься на протилежний бік упора 12. Внаслідок цього під дією розрідження в герметичній порожнині 69 і пружини 4 діафрагма 2 опускається до положення, при якому клапан 11 сідає в сідло 72, остаточно перекриваючи надходження повітря в циліндри двигуна. При роботі двигуна на швидкісному режимі, що складає 50…60% від гранично допустимого значення частоти обертання колінчастого вала та у випадку пере вершення моменту опору приводимої машини гранично допустимого значення, зупинена ланка 42, долаючи зусилля відновлювальної пружини 49 пружного елемента 48, перемістить через важіль 41 і шток 40 направо рухомий фланець 39 додаткового сильфона 35, підвищуючи в порожнині 34 і через гідро лінію 33 в порожнині 32 тиск робочої рідини. Внаслідок цього зменшується зусилля пружини 27, що діє на рухомий фланець 22 від чого він, а разом з ним і шток 20 та сідло 18, перемістяться наліво, зменшуючи зусилля дії через ролик 13 фіксатора 14 на упор 12. Цього зусилля стає вже недостатньо для утримання штока 3 на упорі 12. Тому від діючого дисбалансу сил діафрагма 2, здолавши остаточне зусилля ролика 13, перемістить шток 3 донизу на таку величину, що ролик 13 переміститься на протилежний бік упора 12. Від дії розрідження в герметичній порожнині 69 і пружини 4 діафрагма 2 опуститься до положення, при якому клапан 11 сяде в сідло 72, повністю перекриваючи надходження повітря в циліндри двигуна. У випадку збільшення моменту опору приводної машини при частоті обертання колінчастого вала, що складає 50…60% від номінальної і вище до гранично допустимого значення, або з дещо засміченим повітроочисником 71, запропонований пристрій буде працювати аналогічно, але лише діафрагма 2 зможе долати остаточне зусилля ролика 13 при дещо меншому від допустимого значення моменті опору приводимої машини. Повернення у вихідне положення діафрагми 2 з клапаном 11 та утримання їх у верхньому положенні при запуску двигуна, коли розрідження у впускному трубопроводі велике, а повітроочисник може бути дещо засміченим і можливе небажане спрацювання пристрою, здійснюється вручну (за допомогою рукоятки 9). При цьому пружина 4 стискується, а ролик 13 підсилюється і фіксується в нижньому положенні упора 12 на штокові 3. Після запуску двигуна у зворотному порядку рукояткою 9 діафрагма 2 з клапаном 11 звільняється. Використання запропонованого пристрою, у порівнянні з уже відомими, дасть можливість: - підвищити надійність захисту двигунів внутрішнього згоряння від руйнування пере навантаженням, при відказі системи автоматичного регулювання частоти обертання колінчастого вала, а також від неекономічних та неекологічних режимів роботи, спричинених надмірним засміченням повітроочисника: - підвищити надійність захисту машин та агрегатів, що приводяться двигунами, від руйнування пере навантаженням: - підвищити надійність та довговічність двигунів, машин і агрегатів за рахунок послідовного включення в силовий привід трансмісії демпфуючого гасника динамічних ударів, виконаного у вигляді податливої зупиненої ланки планетарного редуктора: - покращити вихідні те хніко-економічніпоказники двигунів вн утрішнього згоряння за рахунок вилучення їх роботи на неекономічних режимах: - підвищити виробність двигунів, машин і агрегатів, що ними приводяться, завдяки зменшенню простоїв та забезпеченню надійної і безперебійної їх роботи: - зменшити матеріальні і трудові затрати на відновлення двигунів, машин і агрегатів за рахунок зменшення кількості можливих руйнувань пере навантаженням: - розширити функціональні можливості пристрою: - покращити умови праці і створити певні зручності механізаторам, звільнивши їх від необхідності здійснення безперервного візуального контролю по приладах за параметрами стану двигуна: - спростити конструкцію датчика моменту опору приводних машин та агрегатів за рахунок залучення для цього переобладнаного штатного планетарного редуктора їх силового приводу: - розширити область застосування.