Silnik stacjonarny

Pojedyncza stacjonarna maszyna parowa napędzała kiedyś centralnie, za pomocą systemu przekładni pasowych, wszystkie fabryczne obrabiarki czy też krosna tkackie. Palono w jej kotle zwykłym węglem.Może to i szkoda, że takich maszyn już nie zobaczymy poza muzeum, ale przecież można sobie zbudować drewniany model stacjonarnej maszyny. To duża satysfakcja mieć w domu taki drewniany mobil, ruchome działające urządzenie. Tym razem zbudujemy model bardziej skomplikowanej niż poprzednio maszyny parowej z rozrządem suwakowym. Do napędzania drewnianego modelu użyjemy oczywiście zamiast pary sprężonego powietrza z domowego kompresora.

Działanie maszyny parowej polega na kolejnym wypuszczaniu do cylindra, raz z jednej, a potem z drugiej strony tłoka, sprężonej pary wodnej, a w naszym wypadku sprężonego powietrza. Powoduje to naprzemienny posuwisty ruch tłoka, przenoszony za pomocą korbowodu i wału napędowego na koło zamachowe. Korbowód zamienia ruch posuwisto-zwrotny tłoka na ruch obrotowy koła zamachowego. Jeden obrót koła zamachowego przypada na dwa suwy robocze tłoka. Rozrząd pary dokonuje się za pomocą mechanizmu suwakowego. Rozrząd sterowany jest mimośrodem zamocowanym na tej samej osi co koło zamachowe i korba. Płaski suwak zamyka i otwiera kanały wprowadzające parę do cylindra, a równocześnie umożliwia wydmuch zużytej rozprężonej pary. 

Narzędzia: piłka włośnicowa, brzeszczot do metalu, wiertarka elektryczna na statywie, wiertarka zamocowana do stołu warsztatowego, szlifierka taśmowa, szlifierka wibracyjna, dremel z końcówkami do obrabiania drewna, wyrzynarka, glutownica z klejem na gorąco, wiertła stolarskie 8, 11 i 14 mm. Przydać się też mogą frezy zdzieraki do drewna albo pilniki. Do napędu modelu zastosujemy domowy kompresor albo bardzo mocny odkurzacz, którego dysza wydmuchuje powietrze.

Materiały: deska sosnowa o szerokości 100 mm i grubości 20 mm, wałki o średnicy 14 i 8 mm, listwa 20 na 20 mm, listwa 30 na 30 mm, listwa 60 na 8 mm, sklejka 4 i 10 mm grubości. Wkręty do drewna, 20- i 40-milimetrowe gwoździe. Lakier bezbarwny w spreju. Smar silikonowy albo oliwa do maszyn.

Podstawa maszyny. Ma wymiary 450 na 200 na 20 mm. Zrobimy ją z dwóch kawałków sosnowej deski, którą skleimy dłuższymi bokami, albo z jednego kawałka sklejki. Dobrze jest wyrównać papierem ściernym wszystkie nierówności deski i miejsca po cięciu.

Suport osi koła zamachowego. Składa się z pionowej deseczki i zamykającej go od góry listwy. Otwór na drewnianą oś wywiercony jest w miejscu styku ich powierzchni już po skręceniu ich śrubami. Potrzebujemy dwóch kompletów jednakowych elementów. Suporty wytniemy z deseczki sosnowej o wymiarach 150 na 100 na 20 mm oraz listwy o przekroju 20 na 20 i długości 150 mm. W listwach w odległości 20 mm od brzegów wiercimy otwory o średnicy 3 mm i rozwiercamy wiertłem 8 mm, aby swobodnie mogły się schować łby wkrętów. W deseczkach także wiercimy od czoła otwory 3 mm, tak by można było przymocować wkrętami listwy. W miejscu styku wiercimy wiertłem 14 mm otwory na oś koła zamachowego. Oba elementy starannie obrabiamy papierem ściernym, najlepiej szlifierką oscylacyjną. Pamiętajmy też o wygładzeniu papierem ściernym zwiniętym w rolkę otworów na drewnianą oś zrobioną z wałka. Oś będzie musiała obracać się z jak najmniejszym oporem. Powstałe w ten sposób suporty rozbieramy i lakierujemy lakierem bezbarwnym.

Koło zamachowe. Zaczniemy od narysowania konstrukcji koła na zwykłym papierze.Nasze koło zamachowe ma całkowitą średnicę 200 mm i sześć szprych. Powstaną one w ten sposób, że na kole narysujemy sześć prostokątów obróconych o 60 stopni względem osi koła. Zaczniemy od narysowania koła o średnicy 130 mm, a następnie wyznaczymy szprychy o grubości 15 mm. W rogach powstałych trójkątów rysujemy kółka o średnicy 11 mm. Papier z narysowaną konstrukcją koła nakładamy na sklejkę i najpierw punktakiem wyznaczamy środki wszystkich małych kółek oraz sam środek koła. Te wgniecione punkty zapewnią precyzję wiercenia. Bezpośrednio na sklejce cyrklem rysujemy obwód, piastę i koło, gdzie kończą się szprychy. Wszystkie rogi trójkątów przewiercamy wiertłem o średnicy 11 mm. Ołówkiem zaznaczamy sobie te miejsca na sklejce, które mają być puste. To zabezpieczy nas przed pomyłką. Wyrzynarką lub piłką włośnicową wytniemy, wcześniej zaznaczony, zbędny materiał z koła zamachowego, dzięki temu uzyskamy efektowne szprychy. Pilnikiem zdzierakiem albo walcowym frezem zdzierakiem, a potem dremelem wyrównujemy wszelkie niedokładności oraz fazujemy brzegi szprych.

Wieńce koła zamachowego. Potrzebujemy dwu jednakowych wieńców, które przykleimy po obu stronach koła zamachowego. Wytniemy je także ze sklejki o grubości 10 mm. Koła mają zewnętrzną średnicę 200 mm. Na sklejce narysujemy je cyrklem i wytniemy wyrzynarką. Następnie współosiowo narysujemy koło o średnicy 130 mm i wytniemy jego środek. To będzie wieniec koła zamachowego, czyli jego obrzeże. Wieniec ma zwiększać swoim ciężarem bezwładność obracającego się koła. Za pomocą kleju wikolowego koło zamachowe, czyli to ze szprychami, z obu stron oklejamy wieńcami. Centralnie w kole zamachowym wiercimy otwór o średnicy 6 mm, aby w środku włożyć śrubę M6. Uzyskamy w ten sposób prowizoryczną oś obrotu koła. Po zamocowaniu tejże śruby, jako osi koła w wiertarce, obrabiamy szybko wirujące koło, najpierw grubym, a potem drobnym papierem ściernym. Radzę zmienić kierunek obrotów wiertarki na taki, by śruba mocująca koło się nie luzowała. Koło powinno mieć gładkie brzegi, a po obróbce na naszej pseudotokarce obracać się równo bez bicia na boki. To bardzo ważne kryterium jakości koła zamachowego. Gdy ten cel uzyskamy, demontujemy prowizoryczną śrubę i rozwiercamy otwór na oś do średnicy 14 mm.

Cylinder maszyny. Jest zrobiony ze sklejki o grubości 10 mm. Zaczniemy od dolnej i górnej części o wymiarach 140 na 60 oraz tylnej i przedniej części mającej wymiary 60 na 60 mm. Centralnie w tych kwadratach wywiercimy otwory o średnicy 14 mm. Klejem na gorąco z glutownicy sklejamy w całość te elementy, tworząc tym samym jakby ramę cylindra. Odpowiednie części muszą być przymocowane do siebie prostopadle i równolegle, dlatego podczas klejenia należy posłużyć się ekierką i przytrzymać je w odpowiedniej pozycji, nim klej zestali się. Dobrze jest włożyć na czas klejenia w otwory tylnej i przedniej części taki wałek, jaki będzie pełnił rolę tłoczyska. Od precyzji tego sklejenia zależy przyszłe prawidłowe działanie modelu.

Tłok. Ze sklejki o grubości 10 mm ma wymiary 60 na 60 mm. Brzegi kwadratu szlifujemy drobnym papierem ściernym i fazujemy ścianki. Centralnie w tłoku wywiercimy otwór o średnicy 14 mm na tłoczysko. W tłoku od góry prostopadle wywiercony jest otwór o średnicy 3 mm na wkręt, który mocuje tłok do tłoczyska. Otwór rozwiercamy wiertłem 8 mm, aby schować główkę wkrętu. Wkręt przechodzi przez tłoczysko, utrzymując tłok.

Tłoczysko. Wytniemy z walca o średnicy 14 mm. Ma długość 280 mm. Tłok nakładamy na tłoczysko i montujemy w ramie tłoka. Najpierw jednak wyznaczamy położenie tłoka względem tłoczyska. Tłok będzie się poruszał na odcinku 80 mm. Suwając się, ma nie dochodzić do brzegów otworów wlotowych i wylotowych tłoka, a w położeniu neutralnym być w środku cylindra, poza tym tłoczysko nie może wypadać z przedniej części cylindra. Gdy znajdziemy to miejsce, ołówkiem zaznaczamy położenie tłoka względem tłoczyska i wreszcie wiercimy w nim otwór o średnicy 3 mm.

Rozrząd. To najbardziej skomplikowana część naszej maszyny. Musimy odtworzyć kanały prowadzące powietrze od sprężarki do cylindra i to raz z jednej, a raz z drugiej strony tłoka, a potem odprowadzające zużyte powietrze poza cylinder. Zrobimy te kanały z kilku warstw sklejki o grubości 4 mm. Rozrząd składa się z pięciu płytek o wymiarach 140 na 80 mm. W każdej płytce wycięte są otwory o kształtach widocznych na zdjęciu. Zaczniemy od narysowania potrzebnych części na papierze i wycięcia wszystkich elementów. Wzory płytek odrysujemy flamastrem na sklejce, układając je tak, by nie marnować materiału, a jednocześnie potem mieć jak najmniej pracy przy piłowaniu. Starannie punktujemy wyznaczone miejsca na pomocnicze otwory i wyrzynarką lub piłą włośnicową wycinamy odpowiednie kształty. Na koniec wszystko wyrównujemy i wygładzamy papierem ściernym.

Suwak. To płytka ze sklejki w kształcie jak na fotografii. Otwory najpierw nawiercimy, wytniemy wyrzynarką. Resztę materiału możemy wyciąć piłką włośnicową albo pozbyć się za pomocą stożkowego frezu walcowego czy dremela. Po prawej stronie suwaka widoczny jest otwór 3-milimetrowej średnicy, w którym będzie umieszczona oś uchwytu dźwigni mimośrodu.

Prowadnice suwaka. Suwak pracuje pomiędzy dwoma wodzikami, prowadnicami, dolną i górną. Zrobimy je ze sklejki lub listewki o grubości 4 mm każda i o długości 140 mm. Prowadnice nakleimy klejem wikolowym na odpowiednią kolejną płytkę rozrządu.

Korbowód. Wytniemy go w tradycyjnym kształcie jak na fotografii. Istotna jest odległość pomiędzy osiami 14-milimetrowej średnicy otworów. Ma ona wynosić 40 mm.

Chwyt korby. Zrobiony jest z listwy 30 na 30 mm i ma długość 50 mm. W klocku wiercimy przelotowo otwór 14 mm i prostopadły od czoła, nieprzelotowy. Przeciwny kraniec klocka wyoblamy za pomocą pilnika do drewna i szlifierki z papierem ściernym.

Chwyt tłoczyska. Ma kształt litery U. Zrobiony jest z listwy 30 na 30 mm i ma długość 40 mm. Widać jego kształt na fotografii. W klocku od czoła wiercimy otwór 14 mm. Piłą brzeszczotem wykonujemy dwa cięcia i za pomocą wiertarki i piły włośnicowej robimy szczelinę, w której poruszać się będzie tłoczysko. Wiercimy otwór na oś łączącą korbę z tłoczyskiem.

Suport cylindra. Potrzebujemy dwóch jednakowych elementów. Suporty wytniemy z deseczki sosnowej o wymiarach 90 na 100 na 20 mm.

Mimośród. Ze sklejki o grubości 4 mm wycinamy cztery prostokąty o wymiarach 40 na 25 mm każdy. W prostokątach wiercimy otwory wiertłem 14 mm. Konstrukcja mimośrodu widoczna jest na zdjęciu. Otwory te są położone na osi wzdłużnej, ale przesunięte względem siebie na osi poprzecznej o 8 mm. Prostokąty łączymy w dwie pary, sklejając je powierzchniami. Do wewnętrznych otworów wklejamy walec o długości 28 mm. Zadbajmy, by powierzchnie prostokątów były do siebie równoległe. Może nam w tym pomóc uchwyt dźwigni.

Dźwigniałącząca suwak z mimośrodem. Składa się z trzech części. Pierwsza to uchwyt mający kształt litery U. Obejmuje on suwak. W płaszczyźnie wywiercony jest otwór na oś, na której wykonuje ruch wahadłowy. Na drugim końcu przyklejona jest obejma mimośrodu. Ta obejma jest rozbieralna i składa się z dwóch klocków, każdy o wymiarach 20×20×50 mm. Klocki połączymy ze sobą drewnowkrętami, a następnie na styku krawędzi wywiercimy 14-milimetrowy otwór na oś mimośrodu. Prostopadle do osi w jednym z klocków wiercimy nieprzelotowy otwór o średnicy 8 mm. Teraz możemy połączyć obie części wałkiem o średnicy 8 mm i długości około 160 mm, jednak ważna jest odległość pomiędzy osiami tych części, która ma wynosić 190 mm.

Montaż maszyny. Montujemy za pomocą śruby tłok na tłoczysku włożonym do ramy cylindra i w jego końcu wiercimy otwór na oś uchwytu korby. Pamiętajmy, by otwór był równoległy do podstawy. Do ramy cylindra (fot. a) przyklejamy kolejne elementy mechanizmu rozrządu. Kolejna pierwsza płytka to ta z czterema otworami (fot. b), druga z dwoma dużymi otworami (fot. c) łączy otwory w dwie pary. Następna to trzecia płytka (fot. d) z czterema otworami i na nią nakładamy suwak. Na fotografiach (fot. e i f) widzimy, że suwak przesunięty mimośrodem będzie podczas pracy odsłaniał kolejno raz jedną, a potem drugą parę otworów. Do trzeciej płytki u jej góry i u dołu przyklejamy dwa wodziki prowadzące suwak. Do nich mocujemy drewnowkrętami ostatnią, zamykającą od góry suwak płytkę z dwoma otworami (fot. g). Do górnego otworu przyklejamy klocek z wywierconym przelotowo otworem o takiej średnicy, by można było w nim zamocować przewód doprowadzający sprężone powietrze. Cylinder z drugiej strony zamykamy przykręcaną kilkoma drewnowkrętami pokrywą. Do podstawy przyklejamy suporty osi koła zamachowego, bacznie pilnując, by znalazły się w jednej linii i były równoległe do płaszczyzny podstawy. Przed całkowitym montażem pomalujmy elementy i zespoły maszyny lakierem bezbarwnym. Na oś koła zamachowego zakładamy korbowód i przyklejamy go do niej dokładnie prostopadle. Do drugiego otworu wklejamy oś korbowodu. Obie osie muszą być do siebie równoległe. Z drugiej strony podstawy przyklejamy dwie deseczki tworzące suport cylindra. Do nich przyklejamy kompletny cylinder z mechanizmem rozrządu. Po przyklejeniu cylindra montujemy dźwignię łączącą suwak z mimośrodem. Dopiero teraz możemy określić długość dźwigni łączącej korbę korbowodu z tłoczyskiem. Odpowiednio przycinamy wałek i wklejamy uchwyty w kształcie U. Osiami zrobionymi z gwoździ łączymy te elementy. Pierwsza próba to obrócenie osi koła zamachowego ręką. Wszystkie ruchome części powinny się poruszyć bez zbędnego oporu. Korba wykona jeden obrót, a suwak powinien zareagować przesunięty mimośrodem.

Zabawa. Maszynę smarujemy oliwą w miejscach, gdzie przewidujemy, że wystąpi tarcie. Wreszcie podłączamy model przewodem do sprężarki. Po uruchomieniu agregatu i doprowadzeniu do wnętrza cylindra sprężonego powietrza nasz model powinien ruszyć bez problemów, dając konstruktorowi wiele radości. Ewentualne nieszczelności możemy zasklepić za pomocą kleju z glutownicy albo przeźroczystego silikonu, ale to uczyni nasz model nierozbieralnym. To, że model można rozebrać, po to, by chociażby zademonstrować ruch tłoka w cylindrze, stanowi cenną zaletę.