سرسیلندر کاترپیلار ماشین آلات راهسازی و معدنی

واژه شناسی سرسیلندر کاترپیلار

کلمه موتورازانجین قدیمی فرانسه،ازلاتین (ingenium)ریشه این کلمه مبتکربرگرفته شده است.جنگ افزارهای پیش ازجنگ صنعتی،ازقبیل منجنیق،دزددریایی وقوچ های خفه کننده،موتور های محاصره نامیده میشدند ودانش درموردنحوه ساخت آن هااغلب بعنوان یک رازنظامی موردبرخورد قرار میگرفت.کلمه جین،مانندجین نخی ،برای موتورکوتاه است.اکثردستگاه های مکانیکی اختراع شده درطول انقلاب صنعتی بعنوان موتورتوصیف میشدند،موتوربخار نمونه ای قابل توجه است.بااینحال موتور های بخاراصلی مانندموتورهای توماس ساوری موتور های مکانیکی نبودندبلکه پمپ هابودند.به اینصورت،یک موتورآتش نشانی به شکل اصلی خودصرفاًپمپ آب بوده وموتورآن توسط اسب هابه آتش منتقل میشود.

دراستفاده مدرن،اصطلاح موتورمعمولاً دستگاههایی مانندموتور های بخار وموتور های احتراق داخلی راتوصیف میکندکه بااستفاده ازگشتاور یانیروی خطی بصورت رانش سوخت رابرای انجام کارهای مکانیکی میسوزانند ویادر غیر اینصورت سوخت رابرای انجام کارهای مکانیکی مصرف میکنند.دستگاه هایی که انرژی گرما رابه حرکت تبدیل میکنند معمولاً بعنوان موتور هایاد میشوند.نمونه هایی ازموتور هایی که گشتاور ایجادمیکنند شامل موتور های آشنای بنزینی ودیزل وهم چنین توربوشفت هامیباشند.نمونه هایی ازموتور هایی که نیرو واردمیکنندشامل توربوفن هاو راکت هاهستند.

هنگامیکه موتوراحتراق داخلی اختراع شد،ابتدااصطلاح موتوربرای متمایز کردن آن ازموتور بخار بکارمیرفت، که درآن زمان مورداستفاده گسترده قرارمیگرفت،نیروگاه هاووسایل نقلیه دیگری مانندغلطک بخاررا نیرو میبخشید.اصطلاح موتوراز فعل لاتین (moto)به معنی حرکت یاحفظ حرکت مشتق شده است.بنابراین موتوروسیله ای است که حرکت راتحریک میکند.

موتور وموتور درانگلیسی استانداردقابل تعویض هستند.دربرخی ازاصطلاحات مهندسی،این دوکلمه دارای معانی مختلفی هستند،که درآن موتوروسیله ای است که سوخت رامیسوزاند یادرغیر اینصورت سوخت میکند،ترکیب شیمیایی آن راتغییرمیدهد ویک موتور وسیله ای است که توسط برق،هوا یافشارهیدرولیکی هدایت میشود،که تغییرنمیکند.ترکیب شیمیایی منبع انرژی آن است.بااینحال،موشک از اصطلاح موشک استفاده میکند،حتی اگرآن هاسوخت مصرف کنند.

قطعات ماشین های راهسازی

یک موتورحرارتی هم چنین ممکن است بعنوان موتوراصلی عمل کند،مؤلفه ای که جریان یاتغییرفشار یک سیال رابه انرژی مکانیکی تبدیل میکند.یک اتومبیل باموتوراحتراق داخلی ممکن است ازموتور هاو پمپ های مختلفی استفاده کند،امادرنهایت همه چنین دستگاههایی قدرت خودرا ازموتور بدست می آورند.روش دیگرنگاه کردن به آن این است که یک موتورانرژی راازیک منبع خارجی دریافت میکند وسپس آنرابه انرژی مکانیکی تبدیل میکند،درحالیکه یک موتورقدرت راازفشار ایجاد میکندکه مستقیماًاز نیروی انفجاری احتراق یاسایر واکنشهای شیمیایی حاصل میشود یاثانویه ازعمل برخی ازنیرو هابرروی سایر موادمانند:هوا،آب یابخار است.

انقلاب صنعتی سرسیلندر کاترپیلار

موتوربخار وات اولین نوع موتوربخار بودکه ازفشاربخار بافشاردقیقاً بالاترازاتمسفر استفاده کرد تاپیستون راکه توسط خلاء جزئی کمک میکرد،هدایت کند.بهبودطراحی موتور بخارنیومن ۱۷۱۲،موتوربخار وات،که به طورپراکنده ازسال (۱۷۶۳تا ۱۷۷۵) توسعه یافت ،قدم بزرگی درتوسعه موتوربخار بود.طراحی جیمز وات باافزایش چشم گیرراندمان سوخت،باموتور های بخارمترادف شد،واین بدلیل کمبودمشاغل تجاری خود، متیو بولتون،نبود.اینکارتوسعه سریع کارخانه های نیمه خودکارکارآمد رادرمقیاس قبلاًغیرقابل تصوردر مکانهایی که قدرت آبی دردسترس نبودامکانپذیرکرد.توسعه بعدی منجربه ایجاد لوکوموتیو بخار وگسترش بزرگ حمل ونقل ریلی شد.

درموردموتور های پیستون احتراق داخلی،این هادرسال (۱۸۰۷)درفرانسه توسط دریواز وبه طورمستقل توسط برادران (Niepce)موردآزمایش قرارگرفتند.آن هابطورتئوری توسط کارنو درسال (۱۸۲۴)به پیشرفت رسیده اند.درسال ۱۸۵۳ Eugenio Barsanti وFelice Matteucci یک موتور رابااستفاده ازاصل پیستون آزادکه احتمالاًاولین موتور ۴چرخه است اختراع وثبت کردند.اختراع موتوراحتراق داخلی که بعداً باموفقیت تجاری انجام شد،درسال ۱۸۶۰توسط Etienne Lenoirانجام شد.درسال۱۸۷۷ چرخه اتو قادربه ایجادنسبت به وزن به مراتب بالاتراز موتور های بخاربود وبرای بسیاری ازبرنامه های حمل ونقل مانند:اتومبیل و هواپیما بسیاربهتر کارکرد.

اولین اتومبیل موفقیت آمیزتجاری که توسط کارل بنزساخته شده است،به علاقه به موتور های سبک وقدرت مندافزود.موتوراحتراق داخلی بنزین سبک،که برروی یک چرخه اتوچهار زمانه کارمیکند،برای اتومبیل های سبک موفقترین بوده است ،درحالیکه ازموتوردیزل کارآمدتر برای کامیونها واتوبوسها استفاده میشود.بااینحال،درسالهای اخیر،موتور های توربودیزلی به ویژه درخارج ازایالات متحده،حتی برای اتومبیلهای کاملاًکوچک،بطورفزاینده ای محبوب شده اند.

پیستون های افقی مخالف سرسیلندر کاترپیلار

درسال۱۸۹۶،کارل بنزبرای طراحی اولین موتورخود باپیستون های مخالف افقی،حق ثبت اختراع گرفت.طراحی وی یک موتورایجادکرده است که پیستون های مربوطه درسرسیلندر های افقی حرکت میکنندو بطورهم زمان به مرکز مرده میرسند،بنابراین بطورخودکار یک دیگررا باتوجه به حرکت فردی آن هاتعادل میدهند.موتور های این طرح اغلب بدلیل شکل ومشخصات پایین آن هابعنوان موتور های تخت شناخته میشوند.ازآن هادر فولکس واگن بیتل،سیتروئن ۲CV،برخی ازاتومبیلهای پورشه وسوبارو ،بسیاری ازموتور سیکلتهای (BMW و Honda)وموتور های هواپیمای پروانه استفاده میشد.

تداوم استفاده ازموتوراحتراق داخلی برای خودرو ها تاحدی بدلیل بهبودسیستمهای کنترل موتور،کامپیوتر های پردازنده ارائه دهنده فرآیندهای مدیریت موتور وتزریق سوخت الکترونیکی کنترل شده است. القای هوای اجباری توسط توربو شارژ وشارژ زیادباعث افزایش توان خروجی وراندمان موتورمیشود.تغییرات مشابهی درموردموتور های دیزلی کوچک تراعمال شده است که تقریباًبه همان اندازه قدرت موتورها بنزینی رانشان میدهد.این امربه ویژه بامحبوبیت اتومبیل های سواری کوچک ترموتور های دیزلی دراروپا مشهوداست.موتور های دیزلی بزرگترهنوز هم اغلب درکامیونها وماشین آلات سنگین مورداستفاده قرار میگیرند،اگر چه آن هانیازبه ماشین کاری ویژه ای دارندکه دربیشتر کارخانه هادردسترس نیستند.موتور های دیزل هیدروکربن وCO کم تری تولیدمیکنند.

افزایش قدرت سرسیلندر کاترپیلار

درنیمه اول قرن بیستم ،روندافزایش قدرت موتوربه خصوص درمدل های ایالات متحده رخ داد.تغییر درطراحی شامل کلیه روش های شناخته شده افزایش ظرفیت موتور،ازجمله افزایش فشاردر سرسیلندر کاترپیلار برای بهبودراندمان،افزایش مییابد.اندازه موتور وافزایش سرعت کارموتور میباشد. نیروها وفشارهای بالاترناشی ازاین تغییرات باعث ایجادلرزش موتور ومشکلات اندازه میشودکه منجربه سفتتر، موتور های جمع وجورتر باسیلندر V ومخالف شد.

دراوایل توسعه موتورخودرو،موتوربسیار بیش تری ازموتور های امروزی تولیدشده است.موتور هااز۱ تا۱۶ سیلندر بااختلاف متناظر دراندازه کلی،وزن،جابه جایی موتور وحفره های سیلندر استفاده میکنند.چهار سیلندر ورتبه بندی نیرو از۱۹ تا۱۲۰ اسب بخار(۱۴ تا ۹۰کیلو وات)دراکثر مدلهادنبال شدند.چندین مدل سه سیلندر دوچرخه بادو چرخه ساخته شده است درحالیکه بیشترموتور هاسیلندرهای مستقیم یاخط دارند.چندین مدل ازنوع Vوجودداشت ودو وچهار سرسیلندر کاترپیلار نیزاز نظرافقی مخالف بودند.میل بادامک بالای سرکار میکردند.موتور های کوچک ترمعمولاً دارای خنک کننده هوا ودرقسمت عقب خودرو قرارداشتند. نسبت فشرده سازی نسبتاًکم بود.دردهه (۱۹۷۰ و ۱۹۸۰) میلادی شاهدافزایش علاقه به مصرف سوخت بهتربودکه باعث بازگشت به طرحهای کوچکتر V-6 وچهار سیلندر شد وپنج شیردرهر سرسیلندر کاترپیلار برای بهبود کارایی داشت. Bugatti Veyron 16.4 بایک موتورW16 کارمیکند،به این معنی که دوطرح سیلندر V8 درکناریک دیگرقرارگرفته اند تاشکل W بایک دیگر میل لنگ مشابه ایجاد شود.

موتور احتراق داخلی سرسیلندر کاترپیلار

بزرگ ترین موتوراحتراق داخلی که تاکنون ساخته شده است Wärtsilä-Sulzer RTA96-C ،یک موتوردیزلی ۱۴ سیلندر ،۲ سرسیلندر کاترپیلار توربو شارژاست که بمنظورقدرت دادن به Emma Mærsk،بزرگترین  کشتی کانتینری جهان هنگام راه اندازی درسال ۲۰۰۶ طراحی شده است.دارای ۲۳۰۰ تن وزن است وهنگام کار باسرعت ۱۰۲دوردردقیقه (۱٫۷اسب بخار)بیش از۸۰ مگاوات ساعت تولیدمیکند ومیتواندتا۲۵۰ تن ازسوخت درروز استفاده کند.موتور احتراق داخلی موتوری است که درآن احتراق سوخت ،به طورکلی سوخت فسیلی بایک اکسید ننده معمولاً هوا،دریک محفظه احتراق اتفاق می افتد.دریک موتور احتراق داخلی گسترش گاز های دما وفشاربالا که توسط احتراق تولیدمیشود،مستقیماًاجزای موتور مانند پیستون ها یاتیغه های توربین یانازل رااعمال میکند وباحرکت آن ازراه دور،کارمکانیکی تولیدمیکند.

موتور احتراق خارجی سرسیلندر کاترپیلار

موتور احتراق خارجی(موتور EC)موتور حرارتی است که درآن یک مایع کارداخلی بااحتراق یک منبع خارجی،ازطریق دیواره موتور یایک مبدل حرارتی گرم میشود.سپس مایع باگسترش وعمل برروی مکانیسم موتورباعث ایجادحرکت وکارقابل استفاده میشود.سپس مایع خنک میشود،فشرده میشود ودوباره مورداستفاده قرارمیگیرد(چرخه بسته)،یا(معمولاً کم تر)ریخته میشود ومایعات خنک درداخل(موتورهوای چرخه باز)کشیده میشود.

“احتراق” به سوختن سوخت بااکسیدکننده ،برای تأمین گرمااشاره دارد.موتور های پیکربندی وعملکردمشابه (یاحتی یکسان) ممکن است ازمنبع گرما ازدیگرمنابع مانندهسته ای ،خورشیدی،زمین گرمایی یا گرمازدایی استفاده کنندکه احتراق آن نیست.امابعنوان موتور های احتراق خارجی طبقه بندی نمیشوند،بلکه بعنوان موتور های حرارتی خارجی طبقه بندی میشوند.مایع درگردش میتواندمانند:موتوراسترلینگ  یابخار مانندموتور بخار یامایع آلی مانند n-pentane درچرخه آلی رنگین باشد.مایع میتواند ازهرترکیب باشد.گازتقریباًمتداول است ،اگر چه گاهی اوقات ازمایع تک فازنیزاستفاده میشود.درموردموتوربخار،مایع فازها بین مایع وگازتغییرمیکند.

موتورهای احتراق هوا سرسیلندر کاترپیلار

موتورهای احتراق تنفس هوا موتور هایی بااحتراق هستندکه ازاکسیژن موجوددر هوااتمسفراستفاده میکنند وبجای حمل یک اکسیدکننده ،مانندموشک،ازاکسیدشدن (سوختن) سوخت استفاده میکنند.ازنظر تئوریک ،این امرباید منجربه انگیزه خاص بهتری نسبت به موتور های موشکی شود.جریان مداوم هوا ازطریق موتورتنفس هواجریان مییابد.این هوافشرده،مخلوط باسوخت ،مشتعل وبعنوان گاز های خروجی بیرون میرود.

تاثیرات محیطی

عملکردموتور ها بطورمعمول تأثیرمنفی برکیفیت هوا وسطح صدای محیط میگذارد.توجه ویژه ای به ویژگیهای تولیدآلودگی سیستمهای قدرت خودرو سازی شده است.این باعث ایجادعلاقه جدیدبه منابع انرژی متناوب وپالایشگاه های موتور احتراق داخلی شده است.اگر چه چندوسیله نقلیه الکتریکی باتولیدمحدود تولیدشده است ،اما بدلیل هزینه هاوویژگیهای عملیاتی،این رقابت راثابت نکرده است.درقرن بیست و یکم،موتور دیزل محبوبیت خودرانسبت به صاحبان خودروافزایش داده است.بااینحال،موتور بنزینی وموتور دیزل ،بادستگاه های جدیدکنترل انتشارخودبرای بهبودعملکردانتشار،هنوز موردتوجه زیادی قرارنگرفتند. تعدادی ازتولیدکنندگان موتورهای هیبریدی رامعرفی کرده اند،که عمدتاشامل یک موتور بنزینی کوچک همراه بایک موتور الکتریکی ودارای یک باتری بزرگ،امااین هاهنوزهم نبایدسهم زیادی رادربازارهای موتورهای بنزینی ودیزلی واردکنند.

کیفیت هوا

گاز اگزوز ازموتور جرقه شامل مواردزیراست:از ۷۰ تا ۷۵درصدبخار آب ۱۰ تا ۱۲درصد ،دی اکسیدکربن ۱۰تا ۱۳٫۵درصد،هیدروژن ۰٫۵ تا ۲ درصد،اکسیژن ۰٫۲ تا۲ درصد،مونوکسیدکربن :۰٫۱ تا ۶٪ ،هیدروکربنهای غیر مجاز ومحصولات اکسیداسیون جزئی بعنوان مثال آلدئیدها۰٫۵ تا ۱٪ ،مونوکسیدنیتروژن ۰٫۰۱ تا ۰٫۴٪ ،اکسیدنیتروژن <100 ppm ،دی اکسیدگوگرد ۱۵ تا ۶۰ ppm ،اثری ازترکیبات دیگرمانندموادافزودنی سوخت وروان کنندهها ،ترکیبات هالوژن وفلز وذرات دیگر است.مونوکسیدکربن بسیارسمی است ومیتواندباعث مسمومیت بامونواکسید کربن شود ،بنابراین مهم است که ازایجادگاز درفضای محدودخودداری شود. مبدلهای کاتالیزوری میتوانندانتشار سمی راکاهش دهند،اماآن ها رابطورکامل ازبین نبرند.هم چنین ،انتشارگازهای گلخانه ای ،بطورعمده دی اکسیدکربن،ازکاربردگسترده موتورهادردنیای مدرن صنعتی به اثرگلخانه ای جهانی کمک میکند.یک نگرانی اصلی درموردگرم شدن کره زمین میباشد.

موتور حرارتی سرسیلندر کاترپیلار

بعضی ازموتور هاگرما را ازفرآیندهای غیرمتعادل کننده بکارمکانیکی تبدیل میکنند ،برای مثال یک نیروگاه هسته ای ازگرمای ناشی ازواکنش هسته ای برای تولیدبخار ورانندگی موتور بخاراستفاده میکند،یا ممکن است یک توربین گازی درموتور موشک باتجزیه پراکسیدهیدروژن هدایت شود.جدای ازمنبع انرژی مختلف،موتوراغلب تقریباًمشابه موتوراحتراق داخلی یاخارجی طراحی میشود.گروه دیگری ازموتور های غیرکوشش شامل موتور های حرارتی حرارتی (که موتورهای TA)نامیده میشوندکه دستگاههای ترموکوستیک هستندکه ازامواج صوتی بادامنه بالابرای پمپاژ گرما ازیک مکان به مکان دیگراستفاده میکنند،یا برعکس ازاختلاف گرمابرای القاء امواج صوتی بادامنه بالااستفاده میکنند.بطورکلی،موتور های ترموکوستیک رامیتوان به دستگاه های ایستاده وموج های مسافرتی تقسیم کرد.

موتور الکتریکی سرسیلندر کاترپیلار

یک موتور الکتریکی ازانرژی الکتریکی برای تولیدانرژی مکانیکی استفاده میکند،معمولاً ازطریق تعامل میدان های مغناطیسی ورسانای حامل جریان است. روندمعکوس،تولیدانرژی الکتریکی ازانرژی مکانیکی، توسط یک ژنراتور یادینام انجام میشود. موتورهای کششی استفاده شده دروسایل نقلیه معمولاًهردو کار راانجام میدهند. موتورهای برقی را میتوان به عنوان ژنراتور وبرعکس کارکرد ، اگرچه این همیشه عملی نیست. موتورهای برقی همه جامورداستفاده قرارمیگیرند ودرکاربردهایی به اندازه فن های صنعتی ،دمنده وپمپ ، ابزار ماشین ،لوازم خانگی ،ابزارهای برقی ودیسک های دیواری وجود دارد. آنهاممکن است توسط جریان مستقیم(بعنوان مثال ازیک دستگاه قابل حمل با وسیله نقلیه قابل حمل ویا موتور موتور) یا جریان متناوب ازیک شبکه توزیع برق مرکزی تغذیه شوند. کوچکترین موتور ممکن است درساعت مچی برقی یافت شود. موتورهای متوسط باابعاد ومشخصات بسیاراستاندارد ،توان مکانیکی مناسبی رابرای مصارف صنعتی فراهم میکنند. بزرگترین موتورهای برقی برای پیشران کشتیهای بزرگ وبرای مقاصدی مانند کمپرسورهای خط لوله استفاده میشوندکه دارای رده بندی درهزاران کیلووات هستند. موتورهای برقی ممکن است توسط منبع انرژی الکتریکی ،ساخت داخلی آنها وکاربردآنها طبقه بندی شوند.

موتور هیدرولیک سرسیلندر کاترپیلار

موتور هیدرولیک موتور است که قدرت خودرا ازیک مایع تحت فشارخارج میکند. ازاین نوع موتور میتوان برای جابه جایی بارهای سنگین یاتولید حرکت استفاده کرد.

• کارایی
• سرعت موتور

باتوجه به این که اکثر موتورهایی که سرعت برای آن هاتعریف میشودچرخش دارند ،سرعت موتور درچرخش دردقیقه (RPM)اندازه گیری میشود. موتور هاممکن است بعنوان سرعت کم ،سرعت متوسط یاپرسرعت طبقه بندی شوند ،امااین شرایط همیشه نسبی بوده وبه نوع موتور توصیف شده بستگی دارد. بطورکلی ، موتورهای دیزلی درمقایسه با موتورهای بنزینی (باسرعت ۲۲۰۰ تا ۶۰۰۰۰۰ دوردردقیقه برای موتور بنزینی اتومبیل) باسرعت کمتری کار میکنند(۴۰۰-۴۰۰۰ پوند دردقیقه برای دیزل اتومبیل). موتورهای الکتریکی وتوربوشفت های قادر به سرعت های بسیاربالا (۱۰،۰۰۰ پوند دردقیقه یابیشتر)هستند ،که عموماًفقط توسط مدول فله وعمرسرویس درنظر گرفته شده ازقطعات تشکیل دهنده روتور محدود میشوندکه بایدقدرت نیروی گریز ازمرکز راتحمل کنند.

رانش سرسیلندر کاترپیلار

رانش نیرو ناشی از تعامل بین دو توده است که به دلیل سرعت آنها نیروهای مساوی اما متضاد بر یکدیگر اعمال می کنند. نیرو F را می توان یا در نیوتن ها (واحد های N ، SI) یا به ندرت در رانش پوند (به جز واحدهای امپریالیستی) اندازه گیری کرد.