Двигун

Двигу́н- це енергосилова машина (пристрій), що перетворює певну енергію в механічну роботу.Двигуни поділяються на первинні та вторинні.

Первинні двигуни (двигун внутрішнього згорання, гідротурбіна та інші)- двигуни,які безпосередньо перетворюють енергію природних ресурсів (води,енергетичного палива ) у механічну або електричну енергію.

Вторинні двигуни(наприклад електричний двигун) - двигуни,які одержують енергію від первинних двигунів, перетворювачів чи накопичувачів енергії (наприклад, сонячних батарей чи пружинних механізмів)

Різновиди двигунів:

• Тепловий двигун
• Реактивний двигун
• Ракетний двигун
• Двигун внутрішнього згоряння
• Паровий двигун
• Електричний двигун
• Вітрогенератор
• Вічний двигун
• Двигун Ванкеля
• Гумомотор
• Модельний електродвигун

Двигун внутрішнього згоряння

Двигун внутрішнього згоряння,(мал.1) - це тепловий двигун, всередині якого відбуваються спалювання палива та перетворення частини теплоти, що відділилася, на механічну роботу.Одним із найпоширеніших видів теплової машини є двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ), який нині широко використовується в різних транспортних засобах, зокрема в автомобілях.

мал.1. Двигун внутрішнього згоряння

Класифікація

Двигуни внутрішнього згорання бувають:

• поршневі, в яких увесь робочий процес здійснюється в циліндрах;
• безпоршневі(газотурбінні), в яких робочий процес послідовно здійснюється у повітряному компресорі, камері згорання та газовій турбіні. На переважній більшості сучасних авто встановлюють поршневі двигуни внутрішнього згоряння.

За способом сумішоутворенням й запалюванням палива автомобільні поршневі двигуни поділяються на дві групи:

• із зовнішнім сумішоутворенням і примусовим займанням палива від електричної іскри (карбюраторні й газові);
• із внутрішнім сумішоутворенням і займанням палива від стикання з повітрям, нагрітим внаслідок його сильного стискання в циліндрі (дизелі).

Будова і принцип дії двигуна внутрішнього згоряння

Двигун внутрішнього згорання складається з таких систем:

• кривошипно-шатунного механізму;
• механізму газорозподілу;
• системи охолодження;
• системи змащення;
• системи живлення;
• системи запалювання (тільки в карбюраторних двигунах).

Кривошипно-шатунний механізм слугує для перетворення зворотно-поступального руху поршня на обертальний рух колінчастого вала. Механізм газорозподілу забезпечує своєчасне заповнення циліндрів пального сумішшю (або повітрям) і видалення з них відпрацьованих газів. Система охолодження призначається для підтримання оптимального теплового режиму двигуна. Система змащення забезпечує змащування тертьових поверхонь двигуна, подачу до них оливи, часткового охолодження їх, видаляння з них відпрацьованих газів. Система живлення дизеля забезпечує очищення повітря й палива, впорскування палива в циліндр під високим тиском у дрібно розпиленому вигляді та видаляння продуктів згоряння. Система запалювання забезпечує займання пальної суміші в циліндрах карбюраторного двигуна й містить джерело електричної енергії та перетворювач низької напруги системи електрозабезпечення автомобіля на високу напругу свічки запалювання, іскра від якої запалює пальну суміш у циліндрі двигуна в потрібний момент.

Поршневий двигун складається з циліндра і картера, який знизу закрито піддоном. Усередині циліндра переміщується поршень з компресійними (ущільнювальними) кільцями, що має форму стакана з днищем у верхній частині. Поршень через поршневий палець та шатун зв’язаний із колінчастим валом, що обертається в корінних підшипниках, розташованих у картері. Колінчастий вал складається корінних шийок, щік, шатунної шийки. Циліндр, поршень, шатун і колінчастий вал утворюють кривошипно-шатунний механізм, який перетворює зворотно-поступальний рух поршня на обертальний рух колінчастого вала. Зверху циліндр накрито головкою із клапанами, відкриття й закриття яких точно узгоджуються з обертанням колінчастого вала.

Розглянемо принцип дії чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння (мал. 2)

мал.2. Схема роботи чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння

Основним його елементом є циліндр із поршнем, усередині якого відбувається згоряння палива (звідси походить назва двигуна). Як правило, їх кілька. Тому кажуть про одно-, дво-, чотири-, восьми-,дванадцяти-,шiстнадцяти та навiть вiсiмнадцятициліндрові двигуни.

Циліндр має два отвори з клапанами — впускним і випускним. Робота ДВЗ ґрунтується на чотирьох послідовних процесах — тактах, які весь час повторюються. Перший такт — це впуск пальної суміші, що здійснюється через впускний клапан, коли поршень рухається вниз. Після того, як поршень досягне нижньої точки, всмоктування палива припиняється і обидва клапани закриваються. Під час другого такту, коли поршень рухається вгору, відбувається стискання суміші, внаслідок чого її температура підвищується. У верхній точці поршня суміш запалюється електричною іскрою від свічки. Вона миттєво спалахує, через значне нагрівання розширюється й тисне на поршень. Сила тиску штовхає поршень донизу, відбувається третій такт — робочий хід, під час якого виконується робота. За допомогою шатунного механізму рух поршня передається колінчатому валу, який з'єднано з колесами автомобіля. Виконуючи роботу, суміш розширюється й одночасно охолоджується. Після проходження поршнем нижньої точки відкривається випускний клапан і під час руху поршня вгору відбувається четвертий такт — випуск відпрацьованих газів. Таким чином, робочий цикл чотиритактного двигуна завершується, і згодом все починається з першого такту.

Оскільки з чотирьох тактів ДВЗ лише один — робочий, двигун має інерційний механізм — маховик. Він запасає енергію, за рахунок якої колінчастий вал обертається під час виконання решти тактів.Маховик може бути виконано у вигляді корзини зчеплення або шестерні на яку передається крутний момент від пускового двигуна (стартера), також маховиком є щоки колінчатого вала багатоциліндрового двигуна. В основному чотиритактні двигуни застосовують на автомобілях, тракторах та іншій техніці.

Електродвигун

Електричний двигун (електромотор),(мал.3) - це машина, двигун, що перетворює електричну енергією(якою живиться із мережі, або генератора)в механічну.

Мал.3.Електродвигун

Електродвигун — основний вид двигуна в промисловості, на транспорті і в побуті. Він складається з ротора (обертової частини) та статора (нерухомої частини). Розрізняють електродвигуни постійного та змінного струму. Останні поділяються на синхронні та асинхронні. Асинхронні електродвигуни поділяються за функціональним призначенням на загальнопромислові, кранові, вибухобезпечні, ліфтові, екскаваторні. Потужність електродвигунів складає від десятих часток вата, до десятків мегават. Електродвигун являється частиною електропривода транспортних (підіймально-транспортних) засобів, а саме ліфтів, конвеєрів, шахтних підіймальних установок тощо.

Різновиди електродвигунів

Електродвигуни бувають регульовані та нерегульовані. Електродвигун занурений (заглибний) — трифазний асинхронний мастилонаповнений, з короткозамкнутим ротором, електродвигун, який опускається у свердловину на колоні насосно-компресорних труб, занурюється під рівень рідини і служить індивідуальним приводом електровідцентрового насоса.Трифазні асинхронні двигуни з фазним ротором серії АК і АОК мають хороші пускові властивості, але вони на 30—50% дорожчі від двигунів з короткозамкнутим ротором, мають трохи нижчі ККД і менш надійні в роботі. При введенні пускового реостата в коло ротора зменшується пусковий струм і підвищується пусковий момент двигуна, регулюється частота обертання вала. Ось чому ці електродвигуни використовують тоді, коли робочу машину пускають під великим навантаженням і її робочі органи мають великий момент інерції (наприклад, дробарка) або якщо необхідно регулювати частоту обертання робочих органів машини (наприклад, стенди для обкатки автотракторних двигунів після ремонту).Через складність будови і пуску синхронні електродвигуни для привода сільськогосподарських машин практично не використовують, їх застосовують для привода великих відцентрових насосів на насосних станціях зрошувальних систем. Електродвигуни постійного струму складніші за будовою, дорожчі від асинхронних з короткозамкнутим ротором такої ж потужності; вони вимагають більш кваліфікованого обслуговування під час експлуатації. У цих двигунах введенням опорів у кола якоря і збудження, можна плавно і в широких межах регулювати частоту обертання, їх використовують головним чином у приводах мобільних машин із живленням від акумуляторних батарей (електрокари, кормороздавачі тощо), а також як стартери автомобілів, тракторів і комбайнів.

Збудження електродвигунів

Електродвигуни постійного струму можуть буди з послідовним, паралельним, та змішаним збудженням.

Послідовне збудження — обмотка збудження підключена послідовно з якірною обмоткою, і в ній протікає такий же струм, як і в якірній. Такий двигун має м'яку характеристику — сильна реакція на зміну навантаження. Якщо зняти навантаження з двигуна, відповідно упаде сила струму в обох обмотках. Спад струму в обмотці збудження призведе до зменшення її магнітного потоку, і цим — до збільшення частоти обертання якоря. При збільшенні частоти обертання якоря, протиелектрорушійна сила ще більше зменшить силу струму в обмотці, і цим ще більше зменшить магнітний потік обмотки збудження. Такий електродвигун піде «врознос». Тому двигуни з послідовним збудженням повинні бути міцно з'єднані з навантаженням (робочим механізмом).

Паралельне збудження — якірна обмотка і обмотка збудження підключені до мережі паралельно. Такий двигун не сильно реагує на зміну навантаження, а з тим відповідно має жорстку характеристику. Деякі двигуни з паралельним збудженням мають невеличку, на декілька витків, обмотку послідовного збудження, яка підключена зустрічно із паралельною обмоткою, і призначена для зменшення реакції якоря.

Змішане збудження — такий двигун має дві обмотки збудження — послідовну і паралельну. Послідовна обмотка може бути підключена зустрічно або згідно із паралельною обмоткою. Такий двигун має більш жорстку характеристику ніж двигун з послідовним збудженням.

Процес комутації

Комутація - це явища, яке виникає при перемиканні секцій обмотки якоря з однієї паралельної гілки на іншу.Для створення безіскрової комутації послідовно з обмоткою якоря вмикають обмотки додаткових полюсів. Їх розміщують так, щоб після північного головного був додатковий північний полюс у напрямку обертання якоря. Магнітний потік додаткових полюсів спрямований назустріч магнітному потоку якоря і автоматично компенсує його при будь-якому навантаженні. Таким чином в короткозамкнених секціях обмотки якоря струм не виникає.

Гідравлічний двигун

Гідродвигун - це гідромашина, яка призначена для перетворення механічної енергії потоку рідини в механічну енергію вихідної ланки(вала, штока та ін.).

Класифікація гідродвигунів

За характером руху робочого органа гідравлічні двигуни поділяються на:

• двигуни обертового руху - гідромотори (мал.4.)
  

  мал.4. Гідромотор
• поступального руху - гідроциліндри (мал.5)
  

  мал.5. Гідроциліндр
• поворотного руху - поворотні гідродвигуни.

Гідродвигуни можуть бути двох типів: гідродинамічні і об'ємні. У гідродинамічних приводах використовується в основному кінетична енергія потоку рідини. У об'ємних гідроприводах використовується потенціальна енергія тиску робочої рідини.

Пневматичний двигун (об'ємний гідродвигун)

Об'ємний гідродвигун - об'ємна гідромашина (пневматична машина) призначена для перетворення енергії потоку робочого середовища в енергію вихідної ланки.