Експлуатаційні властивості тракторного двигуна

Стендові характеристики і режими роботи двигуна. Частіше всього властивості тракторного двигуна визначаються його характе­ристиками (швидкісною, навантажувальною й ін.). Звичайно корис­туються детермінованими (не стохастичними) залежностями, одер­жаними на стендах при штучно заданих ступенях навантаження (рис. 4.1).

Основними показниками характеристик в залежності від режиму роботи двигуна є:

а) на номінальному режимі — номінальна частота обертання n_н (число обертів) визначена технічною документацією, і відповідні їй номінальна ефективна потужність двигуна N_ен, номінальний (його часто називають розрахунковим) крутний момент двигуна М_ен, но­мінальні витрати палива — годинна G_тн і питома g_{е н} ;

б) на режимі максимального холостого ходу двигуна — n_x.х; N_ex.х =0; М_ex.х = 0; G_тx.х;

в) на режимі максимального моменту M_{е max} — n(M _max); N_e(M_max); G_т(M_max); g_e(M_max);

г) на режимі мінімально стійких частот обертання двигуна n_min — N_e(n_min); M_e(n_min); G_T(n_min); g_e(n_min).

На всіх цих режимах співвідношення показників наступне:

;

де: С- коефіцієнт пропорційності, який враховує одиниці виміру потужності та частоти обертання.

Крім зазначених основних показників, що характеризують мож­ливості двигуна при різноманітних строго визначених режимах його роботи, в експлуатаційних розрахунках застосовують також показ­ники, обумовлені режимами роботи даного агрегату:

а) при робочому ході — n_д.р, N_e.p, М_е.p, G_т.р, g_e.р;

б) при холостому ході агрегату n_ха, N_eха, М_еха, G_тха, g_eха.

Всі наведені характеристики, як уже вказувалося, є детермінова­ними, що не враховують стохастичного (ймовірнісного) характеру на­вантаження, який має місце в експлуатаційних умовах.

 

Рис. 4.1. Типова (стендова) швидкісна характеристика тракторного двигуна.

 

Експлуатаційні характеристики. Для експлуатаційних умов усі зазначені характеристики повинні бути встановлені як показни­ки двигуна, можливі до реалізації при різноманітному значенні сту­пеня варіації навантаження.

При стохастичному (іноді застосовують вираз «нестало­му») ха­рактері навантаження на двигун його показники будуть від­різнятися від показників, обумовлених стендовою характеристикою, принайм­ні по трьох причинах, вплив яких може бути враховано від­повідни­ми поправочними коефіцієнтами: динамічним l_д, часовим l_t, ймо­вірним l_n. Загальний коефіцієнт:

Коефіцієнт l_д враховує динаміку робочого процесу двигуна — зміну ступеня наповнення циліндрів, коефіцієнта надлишку повітря й ін. Коефіцієнт l_t характеризує імовірнісні зміни показників при роботі за період t внаслідок зносу, розрегулювання, зниження надій­ності (незважаючи на своєчасне і високоякісне технічне обслугову­вання) і т.д. Коефіцієнт l_n враховує зміну середніх значень (матема­тичного очікування) вихідних величин (експлуатаційних показників двигуна) при нелінійному характері залежності.

Рис.4.2. До визначення значення експлуатаційних параметрів (нелінійних функцій) при стохастичному (випадковому) характері аргументу (навантаження).

 

Коефіцієнт l_д що враховує зміни робочого процесу двигуна роз­глядався в курсі теорії двигунів, l_t — в технічній експлуатації ма­шин. Тут ми розглянемо коефіцієнт l_n, щоявляє собою відношення математичного очікування експлуатаційного параметра (показника) двигуна до відповідного значення цього параметра при детер­мінованій залежності , взятій по стендовій характеристи­ці:

де: — величина, на яку математичне очікування да­но­го параметра (при ймовірнісному характері навантаження) відріз­няється від відповідного значення цього параметра по стендовій (детермінованій) характеристиці.

У якості параметра у можуть бути: частота обертання двигуна п_д, витрата палива G_т, потужність двигуна N_e, а в якості аргументу (на­вантаження) х – крутний момент М_е, (момент опору) на валу двигу­на, що залежить від опору агрегату R_а, втрат у трансмісії, ходовій частині й інших втрат, що долаються крутним моментом двигуна М_е.

Для практичних цілей можна прийняти, що момент опору на ва­лу двигуна, як і більшість інших вхідних величин (аргументів) х, під­порядковується закону розподілу, близькому до нормального, а залежність параметрів двигуна від цього аргументу являє собою ку­сочно-лінійну функцію, що відповідає роботі двигуна на регуля­тор­ній і коректорній вітках характеристики (рис. 4.2).

У цьому випадку, як це випливає, із теорії ймовірностей і спе­ціальних досліджень, для точки зламу, що відповідає номінальному режиму роботи кусочно-лінійної функції , D у прямо про­порційна середньоквадратичному відхиленню s_х або коефіцієнту варіації n_х, причому для таких показників, як частота обертання і витрата палива двигуна, має від’ємне значення, тобто (де а — коефіцієнт пропорційності).

Для функції виду N= x f(х), коли вихідний параметр визначаєть­ся похідною аргументу на величину, що залежить від аргументу [наприклад, потужність Nе — як похідна крутного моменту на час­тоту обертання двигуна n_д = f (Ме) ], математичне очікування функ­ції М(у) буде відрізнятися від похідної математичних очікувань цих параметрів на кореляційний момент між ними.

У цьому випадку D N_n визначається формулою, що складається з членів, пропорційних середньоквадратичному відхиленню s_х і дис­персії D_х = s²_х, тобто D N_n = - (an_x + bn_x²) де а і b — коефіцієнти про­порційності.

Потрібно також врахувати, що, оскільки має місце деяка інерцій­ність двигуна, через яку зміна частоти обертання запізнюється від­носно зміни крутного моменту (моменту опору), відбувається фазо­вий зсув максимуму кореляційного моменту. Цей зсув викликає до­даткове зниження потужності двигуна, яку можна реалізувати, на величину D N_f. В результаті загальне зниження потужності

Виходячи з наведеного вище можна зробити висновок, що експ­луатаційна характеристика двигуна, що враховує не тільки середні значення навантаження (моменту опору), але і можливий ступінь його варіації, повинна бути представлена по кожному показнику (частота обертання, потужність, витрата палива) не однією кривою (графіком), а сімейством кривих (номограмою), що відображають цей параметр при різному ступені варіації аргументу (моменту опо­ру).

Схема такої експлуатаційної характеристики (номограми) пода­на на рис.4.3. Як видно з рисунка, екстремальні значення параметрів по експлуатаційній характеристиці двигуна при різних значеннях коефіцієнта варіації розташовуються на прямій, що проходить через вершину кута.

Рис.4.3. Схема експлуатаційної характеристики тракторного двигуна.

 

Для практичних цілей часто необхідно знати розсіювання експ­луатаційних параметрів двигуна s_у. Розрахунки показують, що для кусочно-лінійної залежності (на регуляторній і коректорній вітках характеристики) експлуатаційних параметрів двигуна при законі нормального розподілу аргументу х (у даному випадку моменту опору) співвідношення середньоквадратичних відхилень (s_у і s_х) визначається залежністю

де Т — постійна величина, що залежить від нахилу кусочно-лі­нійної функції (віток характеристики двигуна).

Ступінь розсіювання (коефіцієнт варіації) таких експлуатацій­них параметрів двигуна, як частота обертання і витрата палива, мен­ше, чим ступінь розсіювання моменту опору на валу двигуна, а по­тужності — навпаки, більше.

Таким чином, експлуатаційні властивості двигунів, що визна­чають їхні технічні можливості в експлуатаційних умовах (частота обертання, витрата палива, потужність), повинні встановлюватися для зазначених вище режимів по типових характеристиках з враху­ванням поправочних коефіцієнтів, що відображають зміну парамет­рів у залежності:

а) від технічного стана й індивідуальних особливостей даного двигуна — l_t,

б) від зміни (порушення) робочого процесу двигуна при «неста­лому» (коливальному) характері навантаження — l_д;

в) від зміни середніх значень (математичного очікування) експ­луатаційних показників двигуна при ймовірнісному (стохастично­му) характері навантаження в залежності від ступеня варіації наван­таження — l_n.

Перший коефіцієнт (l_t) застосовують при визначенні стендової характеристики індивідуального двигуна або середніх за період екс­плуатації t значень параметрів. Наприклад, по потужності

Другий (l_д) і третій (l_n) коефіцієнти необхідно застосовувати при визначенні типових експлуатаційних характеристик (наприк­лад, для розрахунків середніх норм). Тоді експлуатаційна потуж­ність

Для експлуатаційних (несталих) умов і індивідуальних особли­востей двигуна (або змін його показників у часі)

 

Потужнісні показники машин

 

Енергетичні властивості базоваї машини залежать від енергетич­них властивостей двигуна та втрат в процесі передачі енергії від двигуна до ходового та робочого обладнання.

Основною енергетичною характеристикою базавої машини є її потужність на номінальному режимі що визначається балансом номінальної потужності

де: N_e.н — номінальна потужність двигуна;

N_т.н — номінальна тягова потужність;

N_ВВП.н — номінальна потужність, що передається через вал відбору потужності;

N_втр.н — номінальна потужність втрат.

Втрати потужності складаються з наступних складових:

1) механічних втрат в трансмісії при передачі потужності до хо­дового N_мех та робочого N_{мех.ВВП} обладнання;

2) втрат на переміщення машини N_f;

3) втрат на подолання підйому N_a;

4) втрат на буксування N_d.

Так як потужність являє собою добуток сили на швидкість, то відповідно втрати потужності мають бути повязані або з втратами сили, або втратами швидкості. Втрати в трансмісії N_мех, N_{мех ВВП} та втрати на буксування N_d виражають швидкісні втрати, а втрати на пересування N_f; та на подолання підйому N_a —втрати сил. Ці втрати визначають за наступними залежностями:

де: N_eт, N_eВВП — потужність двигуна, яка іде відповідно на створен­ня тягового зусилля і привод через вал відбору потужності;

h_мех, h_ВВП — к.к.д. передачі на створення тягового зусилля і привод через вал відбору потужності;

d — коефіцієнт буксування;

P_f — сила опору кочення;

G_м — вага машини;

P_a — сила опору підйому.

Допустивши, що на холостому ходу машина рухається без бук­сування, то на основі експериментальних данних можна визначити коефіцієнт буксування

де: n_р, n_х — середня частота обертання ведучих коліс (зірочок) ма­шини відповідно на робочому та холостому ходах при проході дос­лідної ділянки шляху.