Механическая тяга. часть 10. кпд дизеля

Незадолго до

В феврале 1893 г. Рудольф Дизель взял патент на двигатель, по имени изобретателя вот уже более ста лет именующийся «дизельным». Первый работоспособный пример мотора собственной конструкции был изготовлен Р. Дизелем к началу 1897 г. и 28 января удачно прошел опробования. К этому времени четко обозначилась потребность военного ведомства и народного хозяйства в транспортном двигателе, трудившемся на тяжелом горючем.

С самого момента появления таковой мотор отыскал тёплых приверженцев у нас, а лицензию на выпуск дизельмотора купил завод Нобелей в Санкт-Петербурге.

К числу преимуществ моторов, трудившихся на тяжелом горючем, относились: отсутствие электрической совокупности зажигания, меньший на 25-35% удельный расход горючего и его меньшая пожароопасность. Более высокая плотность ДТ разрешала применять под него баки меньшего количества.

Уже в 1903 г. дизелем петербургского завода Нобелей был оснащен первый в мире теплоход «Вандал». Но в деле внедрения дизельных двигателей на транспорте появились и значительные трудности, потому, что для изготовления их топливных совокупностей требовалось использование сложного, а следовательно, и более дорогого, прецизионного оборудования. Помимо этого, дизели отличались в целом большей металлоемкостью и значительной удельной массой.

Более высокое если сравнивать с карбюраторными двигателями давление вспышки (приблизительно двух-четырех кратное) предъявляло повышенные требования к жёсткости и прочности кривошипно-шатунного механизма. Ручной пуск дизельных двигателей был фактически неосуществим, что, со своей стороны, приводило к необходимости установки особых пусковых устройств.

Исходя из этого первые испытания с применением дизелей на автомобильном либо воздушном транспорте не имели успеха, и они изначально не могли соперничать с карбюраторными (бензиновыми) двигателями. Первоначально развитие взяли малооборотные судовые дизели, и мобильные дизель-генераторы, предназначавшиеся для снабжения электричеством отдаленных жилых, народнохозяйственных либо иных объектов.

Мы отправимся своим методом

В качестве необычной альтернативы классическому дизельному двигателю рассматривались калоризаторные нефтяные моторы. Один из таких моторов в 1903 г. запатентовал русский изобретатель Я. В. Мамин. В этом двигателе конструктор применял дополнительную камеру с тепловым аккумулятором в виде вставного запальника («калоризатора»).

Калоризатор перед тем как приступить к работе двигателя нагревали от постороннего источника тепла, а после этого предстоящая работа двигателя обеспечивалась за счет самовоспламенения горючего. В качестве горючего для двигателя с калоризатором употреблялась сырая нефть. Двигатели для того чтобы типа стали называться «русский дизель».

Производство калоризаторных нефтяных двигателей не потребовало сложного оборудования и отличалось крайней простотой, но попытки их применения в качестве транспортных силовых установок были не в полной мере успешными. Пуск двигателя был очень трудоемким процессом, потому, что осуществлялся методом долгого подогрева калоризатора. Они отличались тихоходностью и очень низкой литровой мощностью.

Само собой разумеется, нужные на подогрев калоризатора затраты времени (20-30 мин), были в полной мере сопоставимы со временем разведения паров первых тракторов, но стремительное совершенствование карбюраторных двигателей на легком горючем ограничило область применения «русских дизелей» стационарными силовыми установки, по большей части для привода сельхозмашин. Подобные двигатели нашли использование и на первых отечественных тракторах так именуемого «русского типа».

Выбор калоризаторного нефтяного мотора для первых отечественных тракторов разъяснялся рвением максимально снизить трудоемкость изготовления и применить довольно недорогие конструкционные материалы, что теоретически должно было содействовать уменьшению ремонта и стоимости изготовления самого трактора. Вторым ответственным нюансом понижения цены первых тракторов стало применение колесного движителя как отличающегося значительно меньшей металлоемкостью в сравнении с гусеничным, действительно, в ущерб тяговым показателям.

Ответственным недочётом тракторов «русского типа» выяснилось то, что они на практике отличались неудовлетворительной топливной повышенным расходом и экономичностью воды, и малой производительностью, исходя из этого их использование для пахоты было нерентабельно. Вследствие этого большая часть тракторов использовалось в качестве мобильных силовых установок. Возможности применения маломощных колесных тракторов в военных целях не могли оцениваться как благоприятные.

Не обращая внимания на все вероятные конструктивные несоответствия, казалось заманчивым объединить преимущества гусеничного трактора и предельно несложную конструкцию калоризаторного нефтяного мотора. В развитие данной уникальной концепции в тракторной лаборатории НАМИ были созданы проекты тракторов «Лабтрак» с нефтяными моторами разной мощности: сельскохозяйственного – 8,8 кВт (12 л.с.), двойного назначения – 19,1-20,6 кВт (26-28 л.с.) и военного – 35,3-38,2 кВт (48-52 л.с.). Самый подробно были проработаны проекты тракторов с двигателями мощностью 19,1-20,6 кВт (26-28 л.с.).

В базу концепции проектирования тракторов «Лабтрак» были положены следующие правила:

«1) Потребление высокосортных материалов, как к примеру, стали никелевой, ванадиевой и др. изготовляемых на весьма немногих русских фабриках и в весьма ограниченном количестве, – должно быть сведено до минимума и употребляться только в том месте – где без этого будет быстро нарушаться пропорция конструкции.

2) Конструкции всех 3-х моделей должны быть созданы так, дабы иметь вероятно более однообразных подробностей, каковые будут изготовляться по принципу взаимозаменяемости, чем будет достигаться удешевление как самого производства так и предстоящего ремонта автомобилей».

На тракторе Г.26-28 поперек продольной оси автомобили устанавливался двухцилиндровый двухтактный двигатель с горизонтальным размещением цилиндров. На финишах коленчатого вала двигателя размещались две зубчатки и маховики. Промежуточный вал трансмиссии имел четыре цилиндрических шестерни, которые связаны с валом посредством двух кулачковых и двух дисковых сцеплений.

С применением первых обеспечивалось изменение передаточных чисел трансмиссии либо скоростей перемещения трактора. Посредством вторых осуществлялось управление (поворот) машиной за счет выключения одной из гусениц. Всего в трансмиссию входили восемь цилиндрических шестерен, каковые размешались в глухих картерах. Крутящий момент от коленчатого вала двигателя на промежуточный вал трансмиссии имел возможность передаваться с двух сторон (слева либо справа),

«причем этими переборами и достигается изменение скорости».

За счет трансформации передаточных чисел трансмиссии скорость перемещения трактора составляла от 3 до шести километров/ч. Перемещение задним ходом обеспечивалось реверсом двигателя. Гусеницы трактора, представлявшие собой тип промежуточных роликовых цепей, вольно подвешивались к раме трактора на передней поперечной рессоре и имели центр качания на основной оси, совпадавший с валом ведущих зубчаток.

Радиаторы совокупности охлаждения двигателя размешались слева и справа от него так, что вентиляторы для их охлаждения были связаны с маховиками коленчатого вала двигателя через фрикционы. Управление перемещением трактора и переключение передач осуществлялось посредством двух рычагов. Для размещения водителя и одного пассажира трактор оборудовался двухместным сиденьем.

Трактор В.26-28 имел продольно установленный двигатель с вертикальным размещением цилиндров и маховиком на коленчатом валу. В трансмиссии трактора употреблялись три конические шестерни, одна из которых размешалась конкретно на коленчатом валу двигателя, а две вторых – на промежуточном валу трансмиссии. Причем с последним они соединялись посредством кулачковых муфт.

Конические шестерни промежуточного вала трансмиссии, со своей стороны, были жестко связаны с внешними коробками дисковых сцеплений, благодаря которым осуществлялось управление трактором. Вся трансмиссия складывалась из трех конических и шести цилиндрических шестерен, из которых одна пара имела внутреннее зацепление.

Трансмиссия снабжала трактору две передачи переднего хода (переключение передач осуществлялась посредством перемещения концевых малых шестерен промежуточного вала и сцеплением их с той либо второй парой шестерен конечной передачи). Для перемещения задним ходом в зацепление вводились левая либо правая коническая шестерня с промежуточным валом трансмиссии.

Гусеничный движение В.26-28 был подобен гусеничному ходу трактора Г.26-28. При необходимости гусеничный движение тракторов «Лабтрак» моделей В.26-28 и Г.26-28 имел возможность заменяться колесным ходом с установкой переднего рулевого колеса.

Особый армейский трактор оснащался четырехцилиндровым двигателем, цилиндры которого отливались по два в одном блоке (как и в первом типе), а сами блоки имели угол развала 90º. Существовали два проекта тракторов: М.48-52 – с механической и Г.В.48-52 – с гидравлической трансмиссиями.

Детальное рассмотрение созданных проектов тракторов продемонстрировало, что они были «в полной мере согласованы с требованиями военных нужд и общегражданского транспорта чисто обозного характера». Кроме этого отмечалось:

«Само собой разумеется, это не касается боевых заданий, каковые требуют особых автомобилей, отличительным показателем которых есть громадная скорость их передвижения и большая мощность двигателя. Но эти своеобразные требования уже в полной мере определенно показывают на то, что в этом типе согласовать требования военного ведомства и сельского хозяйства чуть ли представится вероятным».

Тракторы «Лабтрак» не нашли использования на практике из-за недочётов, ставших очевидными еще на этапе проектирования.

Еще одним серьёзным событием являлось то, что отечественные тракторы с нефтяными калоризаторными двигателями изготавливались кустарно-примитивным методом. Это очень плохо сказывалось на их стоимости и особенно разумеется проявилось с освоением выпуска на Путиловском заводе тракторов «Фордзон», исходя из этого к 1925 г. на национальном уровне решили о прекращении работ по тракторам «русского типа».

Сумрачный германский гений

Весьма ответственным нюансом при разработке тракторов являлось изучение зарубежного опыта. Систематично проводимые заинтересованными ведомствами опробования разрешали ознакомиться с самые совершенными типами зарубежных образцов, среди которых имелись и модели с двигателями, трудившимися на тяжелом горючем.

Широкие возможности, открываемые применением дизельмоторов в механическом транспорте, и те удачи, каковые были достигнуты за рубежом, в основном в Германии, привлекли к ним внимание и советских экспертов. Так, на национальных опробованиях в 1927 г. были шепетильно изучены две модели германских тракторов («Colo Тгескег» и «Benz Komnick»), имевшие дизельные двигатели.

«При наличии известных конструктивных недочетов они продемонстрировали относительную простоту и высокую экономичность в уходе и обслуживании».

Вследствие этого коммунистический эксперт Н. А. Бухарин отмечал, что

«вопрос о возможности применения в отечественных условиях дизельмоторов на тракторах должен быть подвергнут внимательному изучению, потому что неприятность механического двигателя, трудящегося на недорогом натуральном горючем, несомненно поднимется в скором будущем, учитывая неизменно прогрессирующий темп тракторизации страны».

Ответственным причиной, повлиявшим на решение о создании отечественного тракторного дизеля, стало появление в 1928-1929 гг. сведений о новых германских четырехтактных дизелях Daimler-Benz A.G. (Даймлер-Бенц) и Deutz A.G. (Дейц). Эти форкамерные двигатели были оценены как

«образцы очень шепетильно созданных конструкций».

Особый интерес советских экспертов позвала конструкция форкамеры.

Отмечалось:

«Преимущество двигателей с форкамерой содержится в том, что у них давление впрыскивания намного меньше, чем у дизельмоторов, в которых механическое распыление горючего материала производится конкретно в камеру горения; тогда как у последних давление впрыскивания достигает часто 300 at., у автомобилей с форкамерой возможно обойтись давлением в 60-100 at».

И потом:

«не смотря на то, что современная техника в состоянии в полной мере удовлетворительно совладать с изготовлением топливных насосов и форсунок, пригодных для высоких давлений, все же нужно признать, что эти части при том довольно недостаточном уходе, что уделяется мотору для механического транспорта, продолжительнее останутся в потреблении при более умеренных давлениях».

Но в случае если в Германии, на родине изобретения, достигли значительных результатов в создании дизельных двигателей, то удачи отечественных конструкторов были более чем скромными. В 1924 г. В. Я. Климов спроектировал летный дизель ВЯК, но до его реализации в металле дело так и не дошло. В 1925-1926 гг. в отделе двигателей тяжелого горючего НАМИ конструктор А. А. Микулин создал два маленьких дизеля марок «Альфа» и «Бета», предполагавшихся к установке на танкетки.

Первый из них выстроили в октябре 1926 г. и практически три года напрасно испытывали и доводили.

К тому же, на фоне зарубежных удач интерес к созданию дизельного двигателя у нас не только не пропал, но и стал частью национальной программы.

Так, в распоряжении Политбюро ЦК ВКП(б) от 15 ноября 1930 г. очень остро ставился вопрос о необходимости рационального применения нефтепродуктов, ускорении перевода двигателей транспортных и других автомобилей на применение тяжелого горючего. Дизель имел возможность стать значительной помощью в ответе многих неприятностей, исходя из этого идею разработки отечественного мотора деятельно поддержали разные национальные и партийные инстанции. Отечественным дизелям громадное значение придавало кроме этого руководство РККА.

О способах увеличения КПД при техническом творчестве

Довольно скромные удачи национальных НИИ (не просто так главные сведения о трудящихся на тяжелом горючем моторах были взяты на базе данных опробований зарубежной техники либо из зарубежной литературы) заставили изыскивать новые формы организации творческой деятельности. Одной из таких форм организации было создание конструкторских бюро под руководством ОГПУ. Достаточно известно собственными самолетами ОКБ-1 при заводе №39.

ОКБ-2 при заводе №24 проектировало серию двигателей ФЭД (Феликс Эдмундович Дзержинский), в частности, в нем был создан 24-цилиндровый Х-образный дизель со смешанным клапанно-щелевым газораспределением ФЭД-8. Двигатель ФЭД-8 вспоминал как летный. За разработку дизельного двигателя для потребностей наземного транспорта взялись в АТТБ ОГПУ.

Производственной базой новосозданного КБ стал Подольский завод. Работу КБ курировали глава ЭКУ ОГПУ начальник и Миронов Техотдела ОГПУ Горяков.

Конструкторам АТТБ, несомненно, были известны новейшие германские форкамерные транспортные дизели (шестицилиндровый «Даймлер-Бенц», и четырех- и шестицилиндровые «Дейц»), но к разработке двигателя они подошли творчески. Конструкция дизеля «Дейц» была критически рассмотрена и собственный выбор инженеры остановили на трехцилиндровом рядном моторе, что явился в полной мере независимой конструкцией, а от «Дейц» всецело скопировали лишь форсунку.

Трехцилиндровый двигатель был довольно несложен в производстве. К тому же, и двухтактные и четырехтактные трехцилиндровые двигатели из-за наличия моментов сил инерции поршней и шатунов являлись несбалансированными, что вынуждало дополнительно усложнять их конструкцию методом введения успокоительного вала для компенсации моментов 1-го порядка. Наилучшим по плавности хода трехцилиндровым рядным двигателем считался двухтактный.

К моменту организации работ АТТБ ОГПУ было принято принципиальное ответ об организации у нас производства тракторов «Катерпиллер» (Caterpillar). Первоначально рассматривался трактор «Thirty», но позднее выбор остановили на «Sixty». Компания «Катерпиллер» относилась к числу мировых фаворитов в производстве тракторов, a «Sixty» считался одной из самые совершенных моделей гусеничного трактора финиша 1920-х гг.

К тому же, данный трактор проектировался как народнохозяйственный, а не особый армейский быстроходный, исходя из этого он имел относительно низкие скорости перемещения. Одной из возможностей увеличения скоростей перемещения было изменение передаточных чисел в трансмиссии. Но с ростом скорости трактора неизбежно понижалось тяговое упрочнение.

Изменение скорости буксировки за счет перемены тягового упрочнения могло быть реализовано методом модернизации коробки скоростей либо введения дополнительного устройства – мультипликатора либо демультипликатора. Возможно, в первый раз такая возможность увеличения скорости артиллерийского трактора рассматривалась на совещании «Кометы» в 1922 г. при дискуссии заказа Обуховскому заводу («Коммунист») на тракторы Холт 75НР. Но в то время проблему быстроходности (увеличения большой скорости с приблизительно 3,5 до практически 5 верст в час) завод удачно решил за счет улучшения качества и повышения изготовления мощности и точности узлов двигателя с фактических 60 до 75 заявленных лошадиных сил.

При модернизации тракторов «Коммунар» данный принцип был реализован в разработке «скоростной» (очевидно, относительно) модификации 9ЕУ и более «тяговой» модификации 9А. В будущем новшества были внедрены комплексно в самая совершенной модели 3-90, оснащенной замечательным двигателем, что разрешило взять трактор с удовлетворительными тяговыми и скоростными показателями.

Еще одним необычным недочётом трактора «Sixty» являлось применение дорогого легкого горючего. Создание замечательного дизеля призвано было разрешить обе неприятности сходу.

Вторым ответственным нюансом при освоении новых образцов оружий (а трактор рассматривался прежде всего как быстроходный армейский) есть значительная материальная нагрузка на народное хозяйство, исходя из этого серьёзным причиной стала мобилизационная готовность страны – перевести экономику на армейские рельсы с минимальными издержками. Создание на базе предполагавшегося к освоению массового трактора «Sixty» военного тягача виделось очень заманчивым.

Решить в малейшие сроки комплекс этих очень сложных задач и должен был коллектив АТТБ.

Уже менее чем через год по окончании выхода распоряжения ПБ ЦК Миронов и Горяков докладывали о проделанной в развитие ответа Партии работе и об удачах курируемого ими конструкторского коллектива:

«Забронирован и вооружен пулеметом ДТ трактор «Катерпиллер».

Толщина брони: лоб, передок 6 мм,
Верх 4 мм
Защита мотора 3 мм
Количество патронов 1260 шт.

На трактор поставлен трудящийся на нефти двухтактный бескомпрессорный дизель собственной конструкции, вместо американского газолинового двигателя, чем достигается громадная экономия и по сокровищу и по его расходу/ 212-222 гр на силу час вместо 330-360 гр газолина/.

Трактор снабжен дополнительной коробкой скоростей/мультпликатор/ дающей возможность расширить скорость его перемещения до 13,3 км/ч вместо 5,9 клм у Американского примера. Гусеница трактора облегчена весом, изготовлена из стали повышенного качества. Запроектирован вариант гусеницы на подрезиненных плицах.

Так, трактор мобилизационно возможно перевоплощён в забронированный и вооруженный тягач с повышенными скоростями перемещения».

На протяжении заводских опробований, завершенных к зиме 1931-1932 гг., от облегченной гусеницы отказались, дав предпочтение уникальной гусенице, заимствованной от трактора «Sixty».

На национальные опробования трактор был представлен в последних числах Февраля 1932 г. под маркой КПД («Катерпиллер подольский дизельный»), Наровне с КПД опробованиям подверглись «Sixty» («Катерпиллер-60») и ряд других тракторов.

Опробования были призваны распознать тип трактора, пригодный для возки артиллерийских других военных и систем грузов. Тракторы оценивались по простоте обслуживания, экономичности, прочности конструкции и последовательности иных параметров, например, определялись

«лёгкости и удобства обращения, как мастерского, так и особенно полевого ремонта – смена самые жизненных и страдающих частей».

Рабочая группа осмотрела тракторы 24 февраля 1932 г. После этого они прошли обкатку, динамометрирование, а во время с 1 по 16 марта состоялись пробеги протяженностью до 300 км по шоссе и 50 км по грунтовым дорогам, снежной целине ближнего Подмосковья недалеко от деревни Тёмной и по Хорошевскому шоссе (на данный момент это уже в городской черте).

Тракторы выводились на опробования с поездами в составе 203-мм гаубицы М-6, 152-мм мортиры с передком, 76-мм зенитной пушки, и пары повозок П-26.

Дневный пробег составлял 8 ч, а при необходимости трактор оставался на ночевку в пути. На протяжении интенсивных опробований 5 марта на тракторе КПД были погнуты шпоры гусениц, а 8 марта сломан мультипликатор. Все ремонты КПД, как и других автомобилей, удалось осуществить в поле.

При перемещении на малых скоростях все поезда двигались гладко. С ростом скорости буксировки до 8-10 км/ч наблюдалось виляние (занос) поезда. С увеличением скорости до 16 км/ч виляние прицепов становилось весьма сильным,

«угрожая возможностью закатиться в канаву либо задеть за встречный экипаж задней прицепкой».

На протяжении очередного скоростного заезда трактор КПД съехал с дороги под откос, и его было нужно извлекать при помощи «Коммунара».

По результатам опробований армейские констатировали:

«Трактор Катерпиллер-60 прочен и несложен, эргономичен в обращении. Только надежно трудится мотор в разных условиях, независимо от длительности постоянной работы».

В числе недочётов трактора «Sixty» были отмечены: скорость не выше 5,9 км/ч, громоздкая крыша, наличие несменных и приводивших к сильной тряске при перемещении на большой скорости по жёсткому грунту шпор, и недостаток помпы.

Трактор КПД имел те же недочёты гусеничного хода, что и у базисной модели, в связи с чем армейские подчернули, что он может надежно трудиться в тех же условиях, что и «Sixty». Выброс отработанных газов очень сильно демаскировал трактор, что было отмечено как большой недочёт. Пуск мотора сжатым воздухом кроме этого был ненадежным.

В целом предъявленная конструкция подтвердила очевидные преимущества дизельных двигателей и принципиальную возможность создания довольно быстроходного трактора на базе «Sixty», но распознанные недостатки воспрепятствовали принятию КПД на вооружение. Опыт испытаний и разработки трактора КПД был учтен при разработке новых конструкций автомобилей.

Использованы иллюстративные и документальные материалы РГВА.

Литература

[1] Котельников В., Медведь А. Авиационные дизели, либо тернистый путь А.Д. Чаромского //Двигатель.-2002, №2(20).
[2] Зубов Е. Легендарный В-2: три страницы судьбы //Двигатель. 1999, №4(4).
[3] Пути к решению вопроса об отечественном тракторостроении // Бюллетень Научно-автомоторно-го университета. — 1922, №4.
[4] Бухарин Н.А. Современные тракторы. эксплуатация и Устройство. -М-Л., 1931.

источник: Александр Кириндас, Михаил Павлов «МЕХАНИЧЕСКАЯ ТЯГА. КПД ДИЗЕЛЯ» // «Техника и оружие» Январь 2012

10 САМЫХ НЕОБЫЧНЫХ МОТОРОВ

Увлекательные записи:

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны: