ния поршень 8 сожмет или растянет пружину е, и перемещение поршня в увеличенном масштабе будет отмечено карандашом к; одновременно барабан п шнурком р поворачивается на угол, зависящий от перемещения какой-либо части индицируемой машины. Полученная диаграмма имеет ординаты, пропорциональные (в пределах точности передающего механизма) перемещениям поршня И. (а не непосредственно давлениям), а абсциссы-у г л а м вращения барабана (а не перемещениям соответственного органа индицируемой машины). В числе причин, искажающих показания И., т. е. нарушающих пропорциональность между перемещениями поршня и давлениями, углами поворота барабана и перемещениями органа машины, при правильной установке и оперировании И., главную роль играют силы инерции частей И. и передаточного механизма (механизма, передающего движения индицируемой машины барабану И.). Чем выше число оборотов индицируемой машины, тем затруднительнее правильная работа И. Оба главных двиления И. должны быть строго пропорциональны давлению и перемещению выбранной детали индицируемой машины. Одним из главнейших условий правильного действия И. является прямолинейность движения карандаша и пропорциональность его пути передвижениям поршня, для чего применяется рычажный механизм, известный в кинематике под названием прямила.

В И. употребляются два основных рода пряашл: трехзвенное прямило [паралле-лограм Уатта (см.)] и производные панто-графного прямила. Трехзвенное прямило (фиг. 2, А) употребляется в виду его громоздкости сравнительно редко; оно является частным случаем четырехшарнирного механизма, у к-рого средняя точка среднего звена вычерчивает кривую в виде восьмерки- лемнискоиду, часть к-рой достаточно близко напоминает прямую. Пантографное прямило в чистом виде изображено на фиг. 2, Б. Если точка а двшкется по прямой, то точка б пишущего рычага, лежащая на одной прямой сане, двигается также по прямой, при чем ее скорость строго пропорциональна скорости точки а, но увеличена в отношении . Пантографное прямило хгоименяется

в чистом виде весьма редко, т. к. два близко лежащих шарнира виг вследствие неизбежной игры допускают значительные угловые перемещения тяги ад, чем практически сводят на-нет достижимую теоретически точность. Обычно это прямило применяется в одной из след. модификаций (пунктиром обозначен отсутствующий в действительности стержень аг): укороченное эллиптич. прямило (фиг. 2, В), прямило Эванса (фиг. 2, Г) и прямило Кросби (фиг. 2, Д); все они обладают достаточною для практич. целей точностью; наиболее точным является прямило Эванса, но получающаяся при этом конструкция несколько тяжела и поэтому мало пригодна для И., предназначенных для быстроходных машин. В последних применяют прямило Кросби, как обладающее наименьшей приведенной к штоку поршня массой.

Поршень И. находится в каждое мгновение своего движения под действием следующих сил: а) силы давления pf на поршень, где р - искомое давление, а / - известная площадь поршня; б) силы сжатой индикаторной пружины-CS, где с-постоянная пружины, а S-величина слсатия (растяжения) пружины, даваемая в увеличенном виде ординатой индикаторной диаграммы; в) силы трения поршня и передающего механизма, полагаемой постоянною, равною ± W; г) силы, зависящей от поглощения энергии молекулярным трением в частях И.; т. к.

Фиг. 2.

энергия эта принимается пропорциональной квадрату скорости, то сила пропорциональна скорости движения поршня и равна

е , где е-коэфф., определяемый для данных условий работы И. из опыта, а t-время; д) силы инерции движущихся масс И., связанных с поршнем, пропорциональной

ускорению и равной т~, где т-масса движущихся частей, приведенная к движущемуся концу пружины (или, что то же, к поршню). Т. к. в каждый момент сумма всех сил, действующих на поршень, равна О, то имеем следующее дифференциальное ур-ие движения поршня:

p/ cs + w-ejj-m§t = 0.

В этом ур-ии величины / и с даны конструкцией П., W, ей т определяются вычислением или опытом, величину s получают, измеряя соответственную ординату индикаторной диаграммы, и получают из самой индикаторной диаграммы, и, т. о., теоретически не встречается препятствий для точного определения значения р в каждый данный момент. На практике, однако, к этим вычислениям прибегают лишь в исключительных случаях. Из ур-ия (1) видно, что, за исключением легко учитываемого влияния трения W, два остальных неизвестных члена зависят от скорости и ускорения частей И. Пока для данного И. не превзойдено некоторое число ходов в мин., зависящее от конструкции И. и абтолютной высоты диаграммы, влияние этих членов на диаграмму настолько мало, что ими молено на практике пренебречь. Вторым обстоятельством.

искажающим индикаторную диаграмму, является возникновение колебательных движений упругого звена индикаторного механизма (пружины, мембраны). Особенно сильно заметно влияние этих колебаний при резких изменениях давления у быстроходных двигателей, напр. у автомобильных двигателей внутреннего сгорания. Общее ур-ие частоты колебаний z поршня И. имеет вид: )т (2)

отбрасывая е в виду его малости, получаем:

2л у т

или w=4. (3)

Наибольшее отклонение поршня под влиянием сил инерции от положения, соответствующего действительному давлению:

(тах-максимальное ускорение поршня при с=1, определяемое опытом. Для удобочитаемости диаграммы важно не абсолютное значение Ау, а его отношение к максимальн.

ординате перемещения поршня 2/= т. е.

V с-Ртах ;/

где рд,-максимальное индицируемое И. давление. Подставляя значение m из ур-ия (3) и замечая, что для данного И. и для данной формы индикаторной диаграммы a ,a = = fc п, где к-постоянная, а п-число оборотов индицируемого мотора, имеем: ft Vlrr ~

Из ур-ия (5) видно, что наибольшая ошибка прямо пропорциональна квадрату чисел оборотов, обратно пропорциональна частоте собственных колебаний И. и, кроме того, при равных прочих условиях (высоте диаграммы) обратно пропорциональна величине максимального индицируемого давления. Все выведенные выше соотношения справедливы, конечно, для предположенного заданным закойа изменения давлений в индицируемом цилиндре, т. е. для данной формы индикаторной диаграммы; от быстроты изменения давлений зависит и величина а ,ах, а следовательно, и -ЕС в ур-ии (5). Для правильной работы И. необходимо, чтобы частота собственных колебаний была много больше числа оборотов индицируемого двигателя (для двигателей Дизеля в 12-15 раз, для двигателей, работающих по цирслу Отто, в 16-20 раз). Обычно фирмы указывают границы применения И., далеко не соответствующие действительности, и для получения диаграмм, выражающих истинный ход процесса, рекомендуется использовать не более 7з-1ч числа оборотов, указанных в проспектах фирм. Из сказанного понятно также, почему один и тот же И. может дать хорошую нормальную и совершенно непригодную диаграмму со слабой пружиной (увеличение К встедствие уменьшения Ртах)-

И. для тихоходных машин не представляют значительных конструктивных трудностей и изготовляются лишь в двух основных разновидностях-с внутри лежащей, горячей (фиг. 1), или с наружной, холодной (фиг. 3) пружиной. Последний тип несколько слоннее, но предпочтительнее первого, т. к. нахождение пружины под действием вы-

Фиг. 3.

соких t° ведет к изменению структуры стали и механических качеств пружины. Пружину делают в настоящее время всегда двойной для избежания возникновения изгибающего момента под действием несимметричной нагрузки штока ординарной пружиной. Пружины делают как для работы на сжатие (фиг. 1), так и на растяжение (фиг. 3). В большом употреблении пружины Кросби (фиг. 3) с шариком на соединительной части обеих ветвей, которым она соединяется со штоком; эта конструкция позволяет значительно облегчить шток поршня. Из особых конструкций поршня заслуживает внимания система Розенкран-ца (фиг. 4); в ней поршень состоит из ряда дисков, соединенных штоком, при чем последний продолжен внизу и служит направляющим; эта система обладает всеми достоинствами лабиринтового сальшка и не коробится от разницы t°, как обычные поршни П- и Н-образных сечений. Для того, чтобы один и тот же индикатор мог быть использован для индицирования различных машин, его снабжают несколькими сменными пружинами,

У. м при чем, конечно, соответственно LJ меняется вертикальный масштаб диаграммы. Дальнейшее увеличение пределов применимости И. достигается употреблением вставных цилиндров с поршнями других диаметров; обычно площадь вспомогательного поршня берут в простом отношении к площади нормального. Обозначая отношение площадей нормального поршня F к добавочному Pi через х, мы должны в лг раз увеличить максимальное индицируемое давление и в раз уменьшить масштаб каждой пружины.

Существенной частью И. является барабан; он приводится обычно в переменновоз-вратное вращательное движение от передаточного механизма, связанного обыкновенно с крейцкопфом индицируемой машины; передача совершается при помощи особого шнура. На барабан в каждый момент действуют следующие силы (все-приведенные к средней окружности витка шнура на барабане радиуса г): а) сила натяжения шнура S; б) натяжение пружины, равное Kg+Kiy, где йТц-первоначальное натяжение ее, - постоянная пружины и у-линейное перемещение средней окружности витка; в) сила

инерции барабана, равная , где I-момент инерции массы барабана, равный тг (т-шасса, отнесенная к средней окружности), а а-угловое перемещение барабана; г) сила трения Q. Замечая, что у~га, имеем следующее дифференциальное ур-ие движения барабана:

S~K,-K,v~m±Q = 0, (6) Перемещение уг механизма, приводящего

Фиг. 4.

барабан во вращение, связано с перемещением барабана следующим уравнением:

где L-длина шнура, Е-модуль упругости его (при малых усилиях индикаторный шнур подчиняется закону Гука); подставляя в ур-ие (7) величину S из ур-ия (6) имеем:

y = y,-(Ko+Kiy + m,±Q). (8)

В первом приближении можно принять, что У=У1 и крейцкопф совершает гармонич. колебания, т. е. У1-1 sin (coit), где Z-ход барабана и -угловая скорость индицируемого двигателя; отсюда

= icol sin (ft)iO = - (o4ji;

подставляя это выражение в ур-ие (8), получаем окончательно:

y-yi{l + E-c\)-(K. + K,y + Q). (9)

Из ур-ия (9) видно, что силы инерции барабана при условии гармонич. колебания крейцкопфа не нарушают пропорциональности перемещений барабана и крейцкопфа; первоначальное натяжение пружины несколько смещает всю диаграмму в сторону; переменное натяжение обусловливает то, что масштаб абсцисс меняется по длине диаграммы; наиболее вредным оказывается по причине знакопеременности трение, поэтому его следует по возможности уменьшать.

Описанные системы И. служат для получения замкнутых однократных диаграмм нормального типа. Иногда, в частности для изучения процессов регулировки, является желательным снять целый ряд диаграмм т. о., чтобы они не покрывали друг друга, как это имеет место при нормальных И. Для этого И. снабжают специальным барабаном (фиг. 5); он укрепляется на месте нормального барабана и также приводится шнуром в переменновозврат-ное вращательное движение. Индикаторная бумага в длинном ро.71ике а помещается внутри барабана; она проходит сначала между двумя роликами 1. и 5, из к-рых первый укреплен на рычажке б и принимается пружиной в, затем бумага огибает снаружи барабан и,пройдя по ролику 3, наматывается на валик г; последний в конце каждого двойного хода храповым механизмом поворачивается на нек-рый угол, так что новая диаграмма начинается каждый раз несколько отступя по горизонтали от предыдущей. Иногда является желательным получить абсциссы пропорщюналь-ными не перемещению поршня двигателя, а углу вращения коренного вала. В этом случае вращение коренного вала передается особому барабану, непрерывно продвигающему бумажную ленту под карандашом И. Для определения положения мертвых точек (МТ) поршня на И. укрепляют электрич. аппарат, отмечающий моменты прохождения кривошипа через мертвые положения; иногда пишущий рьгааг этого приспособления делают колеблющимся, и тогда, зная часто-

Фиг. 5.

Фиг. 6.

Фиг. 7.

ту его колебаний, можно пользоваться этими отметками также и при изучении протекания процессов во времени; диаграмма этого типа дана на фиг. 6. Иногда И. снабжают интегрирующим приспособлением, дающим непосредственно сумму работ, совершенных двигателем за измеренное число циклов. Принцип действия интегрирующего И. системы Бетхера виден из фиг. 7. Интегрирующий механизм состоит из колесика а, укрепленного в рамке б и прижимаемого пружиной в к верхней плоской поверхности индикаторного барабана г. Вращение колесика передается счетному механизму; рамка б соединена рычаж-ш>1ммеханизмом д, еиж со штоком И. так, лто при атмосферном дав лении колесико прикасается к цилиндру на расстоянии Г(, от центра последнего, а при перемещениях штока И., соответствующих давлешшм свыше атмосферного, при-блинсается к центру, при чем велиадна перемещения Гц-г пропорциональна перемещению поршня И. Отбрасывая погрешности и полагая, что перемещения поршня И. пропорциональны давлениям,а углы вращения барабана-пути поршня индицируемого двигателя.получаем:

P==Ci (Го - г) , ds=C2da, (10)

где р-какое-нибудь давление в цилиндре двигателя, ds-бесконечно малое перемещение поршня двигателя, da-соответствующий (по времени) бесконечно малый поворот барабана И., а С, -постоянные для данного И. и способа передачи. Работа dA, совершенная двигателем на пути поршня ds, равна:

dA = F р ds (F-площадь поршня двигателя); подставляя значения р и ds из ур-ий (10), получаем: dA = FC1C2(Го-г) da. (11)

Обозначая давления в цилиндре двигателя в течение переднего (рабочего) хода поршня через Г>1= Ci(ro -Г1), а при обратном ходе Рг Cilvf - r), получаем индикаторную работу за один цикл:

S о S S

J. = F/Pids + FjpdsFfpids-Fjpds, (12)

о S о о

где S-ход поршня. Угол поворота /9 колесика пропорционален углу поворота барабана и расстоянию колесика от центра последнего, т. е.

dp = С3Г da .

Т. к. при замкнутом цикле колесико проходит каждую абсциЬсу диаграммы дважды- один раз в прямом и другой раз в обратном направлении, то общий угол поворота колесика за цикл:

Р=С,ЦГ1 da + fr йа] = Сз[/г1Йа-/г2Йа].(13)

о а 0 0