Аксиально поршневой мотор

Особенности аксиально-поршневых моторов

В технических приспособлениях гидромоторы используются реже своих электрических аналогов. И в то же время перед ними они обладают важным преимуществом: значительно меньший вес и размеры при идентичных показателях мощности. Весомую роль играет и то, что запуск/разгон гидравлических двигателей осуществляется за считанные секунды. Даже для самых качественных электромоторов эта способность до сих пор остается недостижимой.

Все перечисленные преимущества являются характерными для аксиально-поршневых моторов. Чаще всего они встречаются в гидроприводах транспорта самоходного типа. Регулируемые аксиально-поршневые гидромоторы, представленные в каталоге поставщика http://tk-ines.ru/products/gidravlicheskoe-oborudovanie/aksialno-porshnevye-gidromotory-i-nasosy/, по характеру передачи движения делятся на два типа:

  • с наклонной шайбой;
  • наклонным блоком.

Возможность регулировки в установках рабочего объема жидкости считается одним из ключевых их достоинств. Изменение его осуществляется посредством смены угла наклона шайбы или блока. В первом случае угол наклона ограничивается 15-18 градусами, ввиду риска возникновения деформирующего трения между деталями гидросистемы. В машинах с блоком этот показатель может спокойно повышаться до 25-40 градусов.

Сфера применения моторов

Аксиально-поршневые гидромоторы – практически универсальное оснащение для систем с различными показателями мощности. Их применяют в бульдозерах, погрузчиках, тракторах, буровых установках, промывочных клапанах и т. д. Одинаково высокие показатели производительности моторы демонстрируют и в открытых, и в закрытых гидросистемах.

Использование аксиально-поршневых установок дает возможность создавать гидроприводы различного уровня сложности. В случае необходимости их практическое применение может осуществляться в сочетании с регулирующей электроникой.

Под аксиальными двигателями понимаются двигатели с осями цилиндров, параллельными оси вала.
Аксиальный двигатель — это красиво.
1. С косой (неподвижной относительно вала) шайбой.

2. С качающейся шайбой. Качающаяся шайба свободна относительно вала.

3. Уникальный вариант. Придумал Henry L.F. Trebert в 1912 году.

3a. Тот же двигатель, для простоты восприятия вращение блока цилиндров (хм, или даже цилиндра цилиндров) вокруг оси вала не показано.

Аксиальный двигатель — это исторично и патриотично.
Первый авиадвигатель отечественной разработки был аксиальным. АМБС-1 разработали А.А.Микулин и Б.С.Стечкин в январе-августе 1915го. Двигатель двухтактный, оппозитный, с косой шайбой и непосредственным впрыском топлива, рассчитывали на мощность 300л.с. Завешен в 1916 году, проработал три минуты — погнулись штоки поршней.
4.

В 1922 году простой мастер завода Л.И.Старостин предложил свою конструкцию восьмицилиндрового аксиала. Двигатель получил (одним из первых) официальный госзаказ от ГУВП и обозначение М-9. Строился на заводе «Икар» с привлечением специалистов НАМИ. Проектную мощность оценили как 400л.с. Очень долго строили мотор, испытания начались его только в январе 1927го. Мощность оказалась ниже расчетной, а надежность никакой. После этого опыта к проектированию аксиальных авиамоторов в СССР не возвращались. Сам двигатель должен быть в экспозиции музея в Монино.
5.

ТТХ
Восьмицилиндровый
Оконно-щелевое газораспределение
Безредукторный
Безнаддувный
Диаметр цилиндра 140мм
Ход поршня 180мм
Степень сжатия 3,1
Мощность по проекту 400л.с.
Достоинства аксиального двигателя по сравнению с традиционными моторам:
Малые габариты, малый вес, сбалансированность работы, …
Недостатки:
Самый важный — «высокие контактные напряжения косой шайбы и сопряжённых с ней деталей» , увеличение диаметра при росте количества цилиндров, сложность запуска.
Патенты по аксиальным моторам (да собственно и по другим типам и вариантам двигателей) появляются регулярно, попытки построить нормально работающий мотор такого типа с переменным успехом, но чаще неуспехом идет с начала 20 века. Периодически появляются известия о том, что кто-то что-то построил и оно работает.
Вот пример: пятицилиндровый четырехтактный трехлитровый мотор из Новой Зеландии от фирмы Duke (www.dukeengines.com).
6.

7.
8. Впечатляющий ролик от киви.
Новозеландцы кстати пишут, что по их мнению оптимальное количество цилиндров должно быть нечетным и не равно трем или семи, т.е. фактически остается только пять. Выходит большие мощности для аксиала заказаны. Зато двиганы теоретически можно «спаривать», ставя друг за другом.
Вне авиации аксиальные моторы ставятся на торпеды, такой принцип работы используется в насосах и.т.д.
Ну и так, для развлечения — Ла-7 с неким виртуальным аксиальным двигателем, диаметр которого при пятицилиндровости
и десятипоршневости будет около полуметра. АШ-82 имеет диаметр 1260мм.
9. 🙂

1. Аксиальные двигатели с шайбовым силовым механизмом
2. Axial Internal-Combustion Engines
3. Duke Engines
4. По наводке ув.kampfflieger Charles Benjamin Redrup
5. В.Р.Котельников. Отечественные авиационные поршневые моторы.1910-2009.

Tags: Авиадвигатель, СССР

Аксиальный двигатель внутреннего сгорания Г.Л.Ф. Треберта (США)

В начале десятых годов прошлого века возникла новая тенденция в двигателестроении. Инженеры нескольких стран занялись созданием т.н. аксиальных двигателей внутреннего сгорания. Компоновка мотора с параллельным размещением цилиндров и главного вала позволяла уменьшить габариты конструкции с сохранением приемлемой мощности. Ввиду отсутствия устоявшихся альтернатив силовые установки этого класса представляли большой интерес и регулярно становились предметами новых патентов.
В 1911 году к работам по тематике аксиальных двигателей подключился американский конструктор Генри Л.Ф. Треберт. Работая в собственной мастерской в Рочестере (штат Нью-Йорк), он разработал свой вариант перспективного двигателя, который, в первую очередь, предназначался для самолетов. Предполагаемая сфера применения сказалась на основных требованиях к конструкции. Новый двигатель должен был иметь минимально возможные габариты и вес. Анализ перспектив различных идей и решений привел к уже известным выводам: одно из самых лучших соотношений размеров, веса и мощности дает аксиальная компоновка.


Общий вид двигателя
Проект Треберта был готов к осени 1911 года. В октябре инженер подал заявку в патентное бюро, но ее одобрения пришлось ждать несколько лет. Патент был выдан только в ноябре 1917 года – через шесть лет после подачи документов. Тем не менее, конструктор получил все необходимые документы, которые, в частности, позволили ему остаться в истории как создателю интересного проекта.
Г.Л.Ф. Треберт решил строить новый авиационный двигатель по аксиальной схеме с воздушным охлаждением цилиндров. С целью улучшения охлаждения, подобно другим разработкам того времени, новый мотор планировалось делать ротативным с поворачивающимся блоков цилиндров. Кроме того, автор проекта предложил использовать новый механизм преобразования движения цилиндров во вращение вала. Предыдущие аксиальные двигатели для этого использовали шайбовый механизм. В проекте Треберта для этих целей предлагалось использовать коническую зубчатую передачу.
Основной деталью двигателя Треберта был цилиндрический картер, состоящий из крупной «банки» и крышки с болтовым соединением. Внутри картера размещался основной механизм. Поскольку двигатель был ротативным, на донной части картера предусматривались жесткие крепления для вала, на котором должен был устанавливаться воздушный винт. Кроме того, внутри картера предусматривались подшипники для главного вала, который предлагалось жестко закреплять на мотораме самолета.
В крышке предусматривались отверстия для установки литых цилиндров. Известно о существовании двух вариантов двигателя Треберта. В первом применялись четыре цилиндра, во втором – шесть. Патент 1917 года был выдан на шестицилиндровый двигатель. Следует отметить, количество цилиндров не сказывалось на общей компоновке двигателя и влияло только на размещение конкретных агрегатов. Общая структура двигателя и принцип его работы не зависели от числа цилиндров.


Чертеж из патента
Внутри цилиндров размещались поршни с шатунами. Ввиду использования сравнительно простого механизма передачи Треберт использовал качающееся крепление шатунов, которые могли двигаться только в одной плоскости. В верхней части цилиндра предусматривался патрубок для подачи бензовоздушной смеси от карбюратора. Патрубок имел Г-образную форму и своим верхним концом соприкасался со специальным полым барабаном на главном валу двигателя. В стенке барабана предусматривалось окно для подачи смеси. При вращении подвижного блока двигателя впускные патрубки последовательно соединялись с окном барабана и подавали смесь в цилиндр. Кроме того, имелись клапаны для сброса выхлопных газов. Отдельный выхлопной коллектор не предусматривался, газы выбрасывались через патрубок цилиндра. Зажигание производилось свечами, соединенными с магнето. Последнее, согласно патенту, размещалось рядом с валом воздушного винта.
Более ранние аксиальные двигатели Смоллбоуна и Макомбера имели в своем составе механизм «планшайба-стержни». Такая система обеспечивала требуемые характеристики, но была сложной с точки зрения конструкции, эксплуатации и обслуживания. Генри Л.Ф. Треберт предложил использовать для тех же целей коническую зубчатую передачу. На жестко закрепленном главном валу размещалось зубчатое колесо, которое отвечало за поворот всей конструкции двигателя. С ним контактировали 4 или 6 зубчатых колес (по числу цилиндров) меньшего диаметра. Эти шестерни были связаны с кривошипами и шатунами поршней.

Общая схема механизмов (без цилиндров и картера)
Во время работы двигателя поршни, двигаясь вниз и вверх относительно цилиндра, через шатуны и кривошипы должны были вращать малые шестерни. Последние, находясь в сцеплении с жестко закрепленным главным зубчатым колесом, заставляли блок цилиндров и картер вращаться вокруг главного вала. Вместе с ними должен был вращаться и воздушный винт, жестко закрепленный на картере. За счет вращения предполагалось улучшить обдув головок цилиндров с целью более эффективного охлаждения.
Запатентованный вариант двигателя Треберта имел цилиндры с внутренним диаметром 3,75 дюйма (9,52 см) и ходом поршня длиной 4,25 дюйма (10,79 см). Общий рабочий объем двигателя составлял 282 куб. дюйма (4,62 л). В составе двигателя планировалось использовать карбюратор фирмы Panhard и магнето компании Mea. Предлагаемый двигатель, по расчетам, мог развивать мощность до 60 л.с.

Схема двигателя в сборе
Характерной особенностью аксиальных двигателей внутреннего сгорания являются сравнительно малые габариты и вес конструкции. Двигатель Треберта не стал исключением из этого правила. Он имел максимальный диаметр 15,5 дюйма (менее 40 см) и общую длину 22 дюйма (55,9 см). Общий вес двигателя со всеми агрегатами составлял 230 фунтов (менее 105 кг). Таким образом, удельная мощность составляла 1,75 л.с. на килограмм веса. Для авиационных двигателей того времени это было неплохим достижением.
Аксиальный авиационный двигатель конструкции Г.Л.Ф. Треберта стал предметом патента, выданного в ноябре 1917 года. Дальнейшая судьба проекта достоверно неизвестна. В некоторых источниках упоминается, что Треберт смог начать серийное производство изделий собственной разработки, но подробности этого отсутствуют. Дефицит информации позволяет предполагать, что двигатели Треберта не заинтересовали потенциальных покупателей. В противном случае история сохранила бы информацию об использовании таких моторов в качестве силовой установки каких-либо самолетов. Вероятно, ввиду позднего получения патента конструктор не успел представить свою разработку в то время, когда она была актуальна и представляла интерес. Как результат, двигатели, если и производились серийно, не имели большого успеха.
По материалам сайтов: