Free-Piston Engine-and-Hydraulic Pump for Railway Vehicles
Loading...
Date
2013
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
EN: Purpose. The development of the free-piston diesel engine-and-hydraulic pump for the continuously variable
hydrostatical transmission of mobile power vehicles. Methodology. For a long time engine builders have been interesting
in the problem of developing free piston engines, which have much bigger coefficient of efficiency
(40…80%). Such engines don’t have the conversion of reciprocating motion for inner combustion engine piston into
rotating motion of crankshaft, from which the engine torque is transferred to the power machine transmission. Freepiston
engines of inner combustion don’t have the crank mechanism (CM) that significantly reduces mechanical
losses for friction. Such engines can be used as compressors. Free-piston engine compressor (FPEC) – is a freepiston
machine in which energy received from engine’s cylinder is being transferred directly to compressor’s pistons
connected with operational pistons of engine without crank mechanism. Part of the pressed air is being consumed
for engine cylinder drain and the other part is going to the consumer. Findings. The use of free-piston engines-andhydraulic
pumps as power-transmission plants of power vehicles (diesel locomotives, combine harvester, tractors,
cars and other mobile and stationary power installations) with the continuously variable transmissions allows cost
effectiveness improvement and metal consumption reduction of these vehicles, since the cost effectiveness of FPE is
higher by 25-30 %, and the metal consumption is lower by 40-50 %. Originality. One of the important advantages
of the free-piston engines is their simplicity and engine balance. As a result of the crank mechanism absence their
construction is much simplified and the vibrations, peculiar to the ordinary engines are eliminated. In such installation
the engine pistons are directly connected through the rod to compressor pistons and therefore there are no losses
in the bearing bushes. Practical value. The free-piston engines are now used only as gas generators and diesel compressors,
and the hydraulic transmission is arranged with the ordinary heat-engine, which operates the hydraulic
pumps.
RU: Цель. Разработать свободнопоршневой дизельный двигатель-гидронасос для бесступенчатой гидростатической трансмиссии мобильного энергетического средства. Методика. Двигателестроителей давно интересует проблема создания свободнопоршневых двигателей, которые имеют значительно больший КПД (40...80 %). В таких двигателях нет превращения возвратно-поступательного движения поршня ДВС во вращательное движение коленчатого вала, от которого крутящий момент двигателя передается трансмиссии энергетической машины. Свободнопоршневые двигатели внутреннего сгорания не имеют кривошипно- шатунного механизма (КШМ), что существенно уменьшает механические потери на трение. Такие двигатели используются в качестве компрессоров. Свободнопоршневой двигатель-компрессор (СПДК) – свободнопоршневая машина, в которой энергия, получаемая в цилиндре двигателя, непосредственно отдается поршням компрессора, связанным с рабочими поршнями двигателя без кривошипно-шатунного механизма. Часть сжатого воздуха расходуется на продувку цилиндра, а другая большая часть сжатого воздуха поступает к потребителю. Результаты. Использование свободнопоршневых двигателей гидронасосов в качестве силовых агрегатов энергетических средств (тепловозов, комбайнов, тракторов, автомобилей и других мобильных и стационарных энергоустановок) с бесступенчатой передачей позволяет повысить экономичность и снизить металлоемкость этих средств, так что экономичность КПД является высшей, чем экономичность современных дизелей на 25-30 %, а металлоемкость – ниже на 40-50%. Научная новизна. Одним из важных преимуществ свободнопоршневых двигателей является их простота и полная уравновешенность. Вследствие отсутствия кривошипно-шатунного механизма значительно упрощается их конструкция и ликвидируются вибрации, присущие обычным двигателям. В такой установке поршни двигателя непосредственно соединены через шток с поршнями компрессора, и поэтому потери в подшипниках отсутствуют. Практическая значимость. Свободнопоршневые двигатели пока используются только как генераторы газов и дизель- компрессоры, а гидрообъемная передача сегодня компонуется с обычным тепловым двигателем, который приводит в движение гидронасосы.
UK: Мета. Розробити вільнопоршневий дизельний двигун-гідронасос для безступеневої гідростатичної трансмісії мобільного енергетичного засобу. Методика. Двигунобудівників давно цікавить проблема створення вільнопоршневих двигунів, які мають значно більший ККД (40…80 %). У таких двигунів немає перетворення зворотно-поступального руху поршня ДВЗ в обертовий рух колінчастого вала, від якого крутящий момент двигуна передається до трансмісії енергетичної машини. Вільнопоршневі двигуни внутрішнього згоряння не мають кривошипно-шатунного механізму (КШМ), що суттєво зменшує механічні втрати на тертя. Такі двигуни використовуються в якості компресорів. Вільнопоршневий двигун-компресор (ВПДК) – вільнопоршнева машина, в якій енергія, що отримується в циліндрі двигуна, безпосередньо віддається поршням компресора, пов’язаним із робочими поршнями двигуна без кривошипно-шатунного механізму. Частина стисненого повітря витрачається на продування циліндра двигуна, а інша більша частина стисненого повітря поступає до споживача. Результати. Використання вільнопоршневих двигунів гідронасосів у якості силових агрегатів енергетичних засобів (тепловозів, комбайнів, тракторів, автомобілів та інших мобільних і стаціонарних енергоустановок) з безступеневими передачами дозволяє підвищити економічність та знизити металоємність цих засобів тому, що економічність ВПД є вищою економічності сучасних дизелів на 25-30 %, а металоємність – нижчою на 40-50 %. Наукова новизна. Однією з важливих переваг вільнопоршневих двигунів є їх простота і повна врівноваженість. Внаслідок відсутності кривошипно-шатунного механізму значно спрощується їх конструкція і ліквідуються вібрації, властиві звичайним двигунам. У такій установці поршні двигуна безпосередньо з’єднані через шток із поршнями компресора, і тому втрати у підшипниках відсутні. Практична значимість. Вільнопоршневі двигуни поки що використовуються тільки як генератори газів та дизель-компресори, а гідрооб’ємна передача сьогодні компонується зі звичайним тепловим двигуном, який приводить в рух гідронасоси.
RU: Цель. Разработать свободнопоршневой дизельный двигатель-гидронасос для бесступенчатой гидростатической трансмиссии мобильного энергетического средства. Методика. Двигателестроителей давно интересует проблема создания свободнопоршневых двигателей, которые имеют значительно больший КПД (40...80 %). В таких двигателях нет превращения возвратно-поступательного движения поршня ДВС во вращательное движение коленчатого вала, от которого крутящий момент двигателя передается трансмиссии энергетической машины. Свободнопоршневые двигатели внутреннего сгорания не имеют кривошипно- шатунного механизма (КШМ), что существенно уменьшает механические потери на трение. Такие двигатели используются в качестве компрессоров. Свободнопоршневой двигатель-компрессор (СПДК) – свободнопоршневая машина, в которой энергия, получаемая в цилиндре двигателя, непосредственно отдается поршням компрессора, связанным с рабочими поршнями двигателя без кривошипно-шатунного механизма. Часть сжатого воздуха расходуется на продувку цилиндра, а другая большая часть сжатого воздуха поступает к потребителю. Результаты. Использование свободнопоршневых двигателей гидронасосов в качестве силовых агрегатов энергетических средств (тепловозов, комбайнов, тракторов, автомобилей и других мобильных и стационарных энергоустановок) с бесступенчатой передачей позволяет повысить экономичность и снизить металлоемкость этих средств, так что экономичность КПД является высшей, чем экономичность современных дизелей на 25-30 %, а металлоемкость – ниже на 40-50%. Научная новизна. Одним из важных преимуществ свободнопоршневых двигателей является их простота и полная уравновешенность. Вследствие отсутствия кривошипно-шатунного механизма значительно упрощается их конструкция и ликвидируются вибрации, присущие обычным двигателям. В такой установке поршни двигателя непосредственно соединены через шток с поршнями компрессора, и поэтому потери в подшипниках отсутствуют. Практическая значимость. Свободнопоршневые двигатели пока используются только как генераторы газов и дизель- компрессоры, а гидрообъемная передача сегодня компонуется с обычным тепловым двигателем, который приводит в движение гидронасосы.
UK: Мета. Розробити вільнопоршневий дизельний двигун-гідронасос для безступеневої гідростатичної трансмісії мобільного енергетичного засобу. Методика. Двигунобудівників давно цікавить проблема створення вільнопоршневих двигунів, які мають значно більший ККД (40…80 %). У таких двигунів немає перетворення зворотно-поступального руху поршня ДВЗ в обертовий рух колінчастого вала, від якого крутящий момент двигуна передається до трансмісії енергетичної машини. Вільнопоршневі двигуни внутрішнього згоряння не мають кривошипно-шатунного механізму (КШМ), що суттєво зменшує механічні втрати на тертя. Такі двигуни використовуються в якості компресорів. Вільнопоршневий двигун-компресор (ВПДК) – вільнопоршнева машина, в якій енергія, що отримується в циліндрі двигуна, безпосередньо віддається поршням компресора, пов’язаним із робочими поршнями двигуна без кривошипно-шатунного механізму. Частина стисненого повітря витрачається на продування циліндра двигуна, а інша більша частина стисненого повітря поступає до споживача. Результати. Використання вільнопоршневих двигунів гідронасосів у якості силових агрегатів енергетичних засобів (тепловозів, комбайнів, тракторів, автомобілів та інших мобільних і стаціонарних енергоустановок) з безступеневими передачами дозволяє підвищити економічність та знизити металоємність цих засобів тому, що економічність ВПД є вищою економічності сучасних дизелів на 25-30 %, а металоємність – нижчою на 40-50 %. Наукова новизна. Однією з важливих переваг вільнопоршневих двигунів є їх простота і повна врівноваженість. Внаслідок відсутності кривошипно-шатунного механізму значно спрощується їх конструкція і ліквідуються вібрації, властиві звичайним двигунам. У такій установці поршні двигуна безпосередньо з’єднані через шток із поршнями компресора, і тому втрати у підшипниках відсутні. Практична значимість. Вільнопоршневі двигуни поки що використовуються тільки як генератори газів та дизель-компресори, а гідрооб’ємна передача сьогодні компонується зі звичайним тепловим двигуном, який приводить в рух гідронасоси.
Description
А. Golovchuk: ORCID 0000-0003-0562-2629
Keywords
free-piston engines, engine-and-hydraulic pump, hydrostatical transmission, crank mechanism, free-piston diesel hydraulic pump, engine-and-gas generator, hydraulic cylinder, hydraulic accumulator, power vehicles, свободнопоршневые двигатели, двигатель-гидронасос, гидростатическая трансмиссия, кривошипно-шатунный механизм, свободнопоршневой дизель-гидронасос, двигатель-генератор газа, гидро- цилиндр, гидроаккумулятор, энергетические средства, вільнопоршневі двигуни, двигун-гідронасос, гідростатична трансмісія, кривошипно-шатунний механізм, вільнопоршневий дизель-гідронасос, двигун-генератор газу, гідроциліндр, гідроакумулятор, енергетичні засоби, КТ
Citation
Golovchuk, A. F. Free-Piston Engine-and-Hydraulic Pump for Railway Vehicles / A. F. Golovchuk, K. V. Prikhodko // Наука та прогрес транспорту. – 2013. – № 2(44). – P49–55 : схем. – Библиогр. в конце ст. – doi: 10.15802/stp2013/13004.