СПОСОБ РАБОТЫ ПАРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА ПАРОВОЗА
METHOD OF LOCOMOTIVE STEAM DISTRIBUTOR OPERATION

Изобретение относится к парораспределительному механизму паровой машины и может быть использовано в паровозах.
Известно, что для уменьшения мятия пара при впуске в цилиндр паровой машины стараются увеличить скорость открытия паровпускного окна, например, используя для этого клапан, однако надежных конструкций клапанного парораспределения получить не удалось [Струженцов И.М. Конструкции паровозов. М.: Трансжелдороиздат, 1937. С.407].
Прототипом является способ работы парораспределительного механизма, включающий взаимно противоположное перемещение друг относительно друга золотника и пластины, обеспечивающей более быстрый впуск (выпуск) пара в паровую машину, и приводимой в движение кулисой через одно плечо рычага [а.с. СССР №14215, МПК F01L 15/02, 1930].
Недостатками прототипа являются:
- относительно низкий КПД привода, обусловленный тем, что передача усилия пластине производится под углом, причем, чем больше амплитуда перемещения золотника, тем меньше величина составляющей силы, которая перемещает пластину. Кроме того, при движении паровоза без подачи пара, например под уклон, золотник продолжает совершать возвратно-поступательное движение, сообщаемое ему маятником, при этом такое же движение совершает и пластина, в результате чего на ее перемещение бесполезно расходуется энергия;
- неудобство в настраивании парораспределительного механизма, вызванное отсутствием возможности отдельного налаживания золотниковой части и пластины;
- усложнение в целом конструкции парораспределительного механизма.
Задачей изобретения является повышение КПД, упрощение конструкции парораспределительного механизма, реализующего способ, и повышение эксплуатационных характеристик.
Задача решается тем, что в способе работы парораспределительного механизма паровоза, включающего взаимно противоположное перемещение друг относительно друга золотника и пластины, обеспечивающей более быстрый впуск (выпуск) пара в паровую машину, и приводимой в движение кулисой через одно плечо рычага, золотник приводят в движение через другое плечо рычага, в качестве которого используют кулису, при этом обеспечивают возможность синхронного изменения длины плеч рычага в процессе работы.
Плечо рычага выполняют в виде обода червячного колеса червячной пары, которую выполняют гипоидной. Изменение длины плеча рычага производят вращением гипоидной червячной пары посредством другой червячной пары, ось червяка которой совмещают с осью качания кулисы, а ось колеса - с осью гипоидного червяка. Обод червячного колеса помещают в направляющую, которую выполняют с обеих сторон рычага.
Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.
Приведение золотника в движение через другое плечо рычага, в качестве которого используют кулису, и синхронное изменение длины плеч рычага в процессе работы дают возможность упростить конструкцию парораспределительного механизма за счет увеличения числа функций, выполняемых кулисой. Помимо своего прямого назначения (изменять величину отсечки пара) увеличивается скорость открывания паровпускного (выпускного) окна, причем, чем больше размах кулисы, тем выше скорость перемещения золотника и пластины относительно друг друга.
Выполнение плеча рычага в виде обода червячного колеса червячной пары, которую выполняют гипоидной, упрощает конструкцию кулисы, а также снижает ее массу и момент инерции, что повышает КПД.
Изменение длины плеча рычага вращением гипоидной червячной пары посредством другой червячной пары, ось червяка которой совмещают с осью качания кулисы, а ось колеса - с осью гипоидного червяка, также упрощает конструкцию кулисы, снижает ее массу и момент инерции.
Помещение обода червячного колеса в направляющую, которую выполняют с обеих сторон рычага, упрощает конструкцию кулисы и снижает ее массу. Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена кулиса парораспределительного механизма. На фиг.2 изображен вид слева кулисы. На фиг.3 изображен разрез А-А кулисы. На фиг.4 изображена кинематическая схема перемещения золотника и пластины парораспределительного механизма.
Парораспределительный механизм содержит кулису 1, установленную с возможностью поворота на втулке (оси) 2, неподвижно закрепленной на основании 3. С обеих сторон кулисы выполнены пазы 4, в которых с возможностью перемещения по пазу установлены камни 5, 6, имеющие на боковой стороне зубья 7, взаимодействующие соответствено с зубьями глобоидных червяков 8, 9, установленных в пазу 10 кулисы с возможностью осевого вращения и имеющие жестко закрепленные на оси червячные колеса 11, 12, сопряженные с червяком 13, вал 14 которого установлен с возможностью вращения во втулке 2 и соединен с двигателем, например электромотором (не показан). На камнях соответственно неподвижно закреплены оси 15, 16, на которых с возможностью поворота закреплены одни концы золотниковой тяги 17 и тяги 18 привода. Другой конец тяги 18 шарнирно соединен со штоком 19 перемещения пластины 20 относительно золотника 21 и основания 22 золотниковой коробки, а второй конец золотниковой тяги связан через маятник 23 со штоком 24 перемещения золотника.
Способ реализуют следующим образом.
При движении паровоза посредством кулисной тяги, соединяющей контркривошип ведущей колесной пары с кулисой 1, происходит качание последней вокруг ее центра на втулке 2. Для пуска пара в паровую машину приводят в движение золотник 21 и пластину 20 посредством перемещения в противоположные стороны камней 5, 6 в пазах 4 с помощью двухступенчатой червячной передачи, поворачивая двигателем (не показан) вал 14 червяка 13, который колесами 11, 12 вращает глобоидные червяки 8, 9, передвигающие зубьями 7 указанные камни. При этом винтовые линии червяков 8, 9 выполнены так, что при вращении их в одном направлении камни перемещаются в противоположные стороны. В результате этого, например, перемещение золотниковой тяги 17 осуществляется вниз, а тяги 18 - вверх. По количеству оборотов, сделанному, например, червяком 13, можно определить местоположение камней в пазах кулисы. После перестановки камней на требуемую величину выключают двигатель. Поскольку червячная передача является самотормозящейся, то камни автоматически зафиксируются в пазах, а кулиса будет продолжать качание, приводимая в движение кулисной тягой. При этом червячные колеса 11,12 будут своими зубьями скользить по винтовой поверхности червяка 13, повторяя движение кулисы. Так как угол качания кулисы небольшой, а передаточное отношение червячной передачи, наоборот, большое, то колеса 11, 12 практически не будут поворачиваться при качании кулисы, а следовательно, тем более не будут перемещаться (играть) и камни 5, 6. Поэтому, если не считать зазоров между зубьями камней 5, 6 и червяков 8, 9, исключается игра камней в кулисе и нарушение фаз парораспределения. Кроме того, кулиса получается максимально облегченной, что снижает энергетические затраты на ее привод, и легко может быть приспособлена для автоматического управления.
Движение от камня 5 через золотниковую тягу 17, мятник 23 и шток 24 передается золотнику 21, который совершает возвратно-поступательное движение навстречу пластине 20, которая, в свою очередь, перемещается аналогично штоком 18, получающим движение от камня 6 через тягу 18. Поскольку золотник и пластина движутся навстречу друг другу, то скорости их хода складываются, благодаря чему уменьшается время открывания и закрывания паровпускного (выпускного) окна и мятие пара. Следует заметить, что если камни находятся в положении (у оси качания кулисы), при котором пар не поступает в машину, то золотник совершает движения только за счет маятника 23, а пластина 20 остается в неподвижном состоянии, благодаря чему не тратится понапрасну энергия на бесполезное перемещение пластины, как это происходит в прототипе.
Внедрение изобретения позволит создать простой по конструкции и удобный в эксплуатации парораспределительный механизм, уменьшающий мятие пара при его впуске в паровую машину.