ДВИГАТЕЛИ НА ЛАДОНИ

Читателям нашего журнала знакомо по прежним публикациям имя московского конструктора-любителя Александра Сергеевича Абрамова. Несмотря на преклонный возраст (ему сейчас 85 лет), он продолжает активную творческую деятельность. В его домашней лаборатории много макетов, действующих моделей и натурных образцов всевозможных механизмов, в том числе двигателей. Александр Сергеевич придумал и построил их несколько десятков. Многие из конструкций необычны и содержат оригинальные идеи. Но автор не оберегает ревностно свои технические решения от стороннего любопытного взгляда, а, наоборот, щедро делится со всеми, кто проявляет интерес к его разработкам. Вот и на этот раз, придумав и опробовав несколько новых схем, Александр Сергеевич выносит некоторые из них на читательский суд.

ПРОСТОТА И НАДЕЖНОСТЬ

В конструкции роторно-лопаточного двигателя используется тот же принцип действия, что и в газовой турбине, — энергия сжатого газа преобразуется а нем сразу во вращательное движение ротора. Поэтому двигатель чрезвычайно прост и надеже». Да и что может отказать, если движущихся деталей в нем всего три (рис. 1): симметричный ротор с двумя лопатками, вращающимися на валу в кольцевой камере статора, подпружиненная заслонка, разделяющая камеру на зоны высокого и низкого давления, и сам статор.

Наиболее ответственная деталь — заслонка. Она испытывает значительные циклические нагрузки, поэтому к ее прочности предъявляются особые требования, как, впрочем, и к герметичности всего двигателя: без точной подгонки деталей тут но обойтись, ведь чем меньше утечек через щели, тем выше коэффициент полезного действия.

Что касается лопаток, то их может быть и больше. Главное, чтобы ротор с ними был уравновешен, иначе радиальное биение быстро выведет его из строя. Появится вибрация, люфт, резко упадет мощность.

Рис. 1.  Схема роторно-лопаточного двигателя:

1 — статор, 2 — ротор, 3 — ось ротора, 4 — заслонка, 5 — пружина.

Двигатель отличается плавностью хода и высоким числом оборотов ротора. Поэтому он незаменим там, где должны ‘сочетаться малый вес и хорошие динамические качества.

КАК БЕЛКА В КОЛЕСЕ

Та, как известно, раскручивает колесо, быстро перебирая лапками. Колесный пневмодвигатель делает то же самое, только двумя штоками с роликами на концах. Он представляет собой цилиндр (рис. 2), поршень которого движется вверх-вниз -в зависимости от того, в какую камеру — верхнюю или нижнюю — подается сжатый воздух от золотникового распределителя. С поршнем жестко соединены штоки с роликами. При возвратно-поступательном движении поршня они давят на фигурную направляющую колеса, заставляя его провернуться. Направляющая сделана так, что, когда поршень находится в верхней мертвой точке и верхний шток упирается в свод, нижний шток находится на гребне и готов скатиться с него. Таким образом, за один оборот колеса поршень совершает шесть рабочих ходов.

При построении направляющей следует учитывать то обстоятельство, что расстояние между любыми двумя ее диаметрально противоположными точками постоянно и равно длине штоков с роликами.

Рис. 2. Схема пневмодвигателя в колесе:

1 — колесо, 2 — направляющая, 3 — цилиндр, 4 — поршень, 5 — шток, 6 — ролик.

Это схема. В натуре же, чтобы пневмодвигатель не «зависал» в мертвых точках, ему необходим второй цилиндр, размещенный в том же колесе, но под углом 900 к первому. Или, если такой двигатель устанавливают на железнодорожной модели, его раздваивают — цилиндры располагают в разных, но соединенных общей осью колесах одной колесной пары. Профилировка направляющих в них совершенно одинакова, оси же цилиндров перекрещиваются под прямым углом.

Схема золотникового распределителя не приводится. Он может быть любым, лишь бы рабочий цикл его соответствовал циклу пневмоцилиндров.

Двигатель, по мнению конструктора, годится не только для непосредственного привода колес какой-либо машины. С его помощью можно получить более высокие обороты, если использовать такой двигатель в качестве маховика и крутящий момент передавать валу фрикционной или зубчатой передачей.

ПО БЕСКОНЕЧНОЙ ДОРОГЕ…

Поршневой бесшатунный двигатель в работе похож на трехлопастный вентилятор — тот же шум и мелькание деталей… Но лопасти тут не что иное, как пневмоцилиндры, а вокруг них не защитный обруч, а направляющее кольцо тщательно подобранной формы (рис 3).

В центре на оси двигателя расположены шайбы: неподвижная распределительная и вращающаяся. Сжатый воздух через штуцер и питающие каналы первой шайбы поступает ко второй, в которую выведены трубки подачи воздуха и цилиндры. Как только отверстия двух соседних трубок поочередно (с коротким интервалом времени) совпадают с питающими каналами, воздух устремляется в цилиндры и заставляет поршни выдвинуться. На пути их штоков — направляющее кольцо, штоки упираются в него роликами (активный участок) и, скользнув в сторону меньшего сопротивления, проворачивают ротор двигателя.

Рис. 3. Схема поршневого бесшатунного двигателя:

1 — станина, 2 — направляющее кольцо, 3 — цилиндр, 4 — шток поршня с роликом, 5 — основание ротора, 6 — вращающаяся шайба, 7 — распределительная шайба, 8 — вал отбора мощности, 9 — штуцер, 10 — питающий канал, 11 — выхлопной сектор.

В конце активного участка отверстие трубки впереди идущего поршня перемещается от питающего канала к выхлопному сектору распределительной шайбы, а направляющее кольцо (пассивный участок) возвращает поршень в исходное положение. В это время ротор вращают два других поршня.

Двигатель этот в принципе суть развитие предыдущего, колесного. Но если там вращается колесо, а сем двигатель остается неподвижным, то здесь все наоборот. Правда, сделать его компактным вряд ли удастся из-за громоздкости направляющего колеса.

«ТРОЙКА»

Как и в знаменитой русской тройке — три коня в одной упряжке, — три цилиндра в кулачково-поршневом двигателе всю свою мощь вкладывают во вращение выходного вала. Только вместо конной упряжи здесь ролики, кулачковые втулки и шестерни. От классического этот двигатель отличается тем, что цилиндры у него есть, а вот кривошипношатунного механизма нет. Возвратно-поступательное движение поршней в нем преобразуется во вращательное движение выходного вала именно с помощью роликов и кулачковых втулок (рис. 4).

Ролики расположены на перекладинах Т-образных поршневых штоков. Концы перекладин входят в вертикальные пазы в стенках картера, которые служат направляющими для штоков и не дают поршням проворачиваться в цилиндрах. «Скатываясь» по профилированным кулачкам, ролики заставляют их вращаться вокруг своих осей (если цилиндрическую поверхность кулачка развернуть на плоскости, то профиль его предстанет как синусоида).

Рис. 4. Схема кулачково-поршневого двигателя:

1 — головка блока цилиндров, 2 — цилиндр, 3 — поршень, 4 — шток, 5 — паз, 6 — ролик, 7 — кулачок с шестерней, 8 — картер, 9 — радиально-упорный подшипник, 10 — дно картера, 11 — вал отбора мощности.

Так, вращая каждый свою втулку с шестерней, поршни проворачивают и выходной вал. Быстро и равномерно, ведь за один оборот вал получает от поршней шесть импульсов!

Работать такой двигатель может как на обычном жидком топливе (тогда ему нужны системы питания, зажигания и распределения горючей смеси), так и на сжатом газе (в этом случае достаточно золотникового распределителя).

Коэффициент полезного’ действия кулачково-поршневого двигателя выше, чем у двигателя с кривошипно-шатунным механизмом: в нем гораздо меньше потерь на трение в цилиндрах и в подшипниках. Применения его следует ожидать не только на моделях. Мощности двигателей, питающихся сжатым воздухом из автономных баллонов, может оказаться достаточно, допустим, для привода колес одно-, двухместного пневмобиля. Так ли это — ответят те, кого влечет все новое и необычное.

Действующие модели большинства своих конструкций А. С. Абрамов передал на ЦСЮТ РСФСР с надеждой, что молодое поколение подхватит эстафету творчества, усовершенствует его технические находки и внесет определенную лепту в развитие отечественной техники.