Диссертация (1173095), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Также определим две характерные точки на графикебуксировочной характеристики: максимум функции Г (вГ ; бГ ), соответствующий«горбу сопротивления» во II зоне, и точку М (вМ ; бМ ), при которой достигаетсямаксимальная скорость водоходного движения амфибии. Как было указано выше,режим «ДВС» предназначен для движения в I и III зонах буксировочнойхарактеристики,акратковременныйрежим«ДВС+ЭМ»преодоления максимума функции Rб = f(vв) во II зоне.необходимдля104Подберем параметры ДВС и водомета исходя из условия обеспечениямаксимальной скорости движения vmax, м/с, и равенства расчетного полезногорасчупора водомета , Н, буксировочному сопротивлению в точке М (вМ ; бМ ): = вМ ,расч= бМ .(4.34)(4.35)Свободная мощность ДВС Nд, кВт, необходимая для преодолениясопротивления воды движению бМ , Н, и обеспечения максимальной скорости вМ ,м/с, определяется по формуле:расчд= 5 × 10−4(о2 − )расч∙ ,(о − )Н СР(4.36)где α – суммарный коэффициент взаимодействия корпуса с движителем поколичеству движения,β – коэффициент взаимодействия корпуса с движителем, характеризующийформу, размеры и обтекание подводной части корпуса, а также потери энергии вовходном участке водометной трубы,K – коэффициент гидравлических потерь в водометной трубе,q0 – коэффициент выходной скорости, характеризующий отношение среднейскорости в струе выбрасываемой жидкости водомета относительно корпуса кскорости движения плавающей машины относительно окружающей жидкости,ηН – КПД насосного колеса,ηСР – КПД согласующего редуктора.Коэффициенты α, β, K, q0 определяются экспериментально для каждогоконкретного типа водометного движителя.
В ходе проектировочных расчетовможно использовать графики и рекомендации, представленные в [66, 99], длязадания этих величин в первом приближении. Так, например, взаимосвязь α, K и q0представлена на графике в книге [66], а коэффициент β можно определить последующей приближенной зависимости от коэффициента К: = 2,6 − 1,6.(4.37)105КПД ηН характеризует энергетические качества насоса водометногодвижителя. Он определяется по характеристике выбранной лопастной системы.При подборе необходимой свободной мощности ДВС данный КПД задается впервом приближении и полагается максимально возможным.Рассчитав потребную свободную мощность, подберем соответствующийДВС.
Обычно производитель предоставляет внешнюю скоростную характеристикудвигателя, но если она не задана по условию, то при известном значениимаксимальной эффективной мощности Nemax, кВт, и соответствующей ей частотевращения nN, об/мин, можно построить такую характеристику по эмпирическойзависимости: 2 3 = [+ ( ) − ( ) ],(4.38)где Ne – текущая мощность, кВт,Nemax – максимальная эффективная мощность ДВС, кВт,nN – частота вращения, соответствующая Nemax, об/мин,n – текущая частота вращения коленчатого вала ДВС, об/мин,a, b, c – экспериментальные коэффициенты, характеризующие тип ДВС.Коэффициенты a, b, с рассчитываются по формулам:=Кпр К (2 − ) − 1,К (2 − ) − 1(4.39)2 (1 − пр ), (2 − ) − 1(4.40)= = + − 1,(4.41)где Kпр и Кv – коэффициенты приспособляемости двигателя по моменту ичастоте вращения соответственно.
Определить их можно по приближеннымформулам либо по справочным таблицам [34]. Для бензиновых двигателей ичетырехтактных дизелей с корректором обычно принимают a=b=c=1,0. Длячетырехтактных дизелей без корректора a=0,53; b=1,56; c =1,09.106При построении внешней скоростной характеристики ДВС в диапазонеnmin…nN расчетные точки по частоте вращения n выбираем с интервалом 200...700об/мин, причем должны быть включены значения nN и nmin.Эффективный крутящий момент двигателя Ме, Н∙м, соответствующийчастоте вращения коленчатого вала nN, об/мин, определяется по формуле: = 9550.(4.42)Мощность потерь в моторной установке Nму, кВт, с вентиляторной системойохлаждения для каждой расчетной точки:му = п ( 3) ,(4.43)где dп = 0,05…0,20 – коэффициент потерь мощности на привод вентилятора.Большие значения коэффициента d принимаются для машин, у которыхдвигатель расположен в закрытом пространстве с малым набегающим потокомвоздуха, меньшие – для ТС с передним расположением двигателя.Затем для тех же расчетных точек по оборотам nmin…nmax вычисляемсвободную мощность и свободный крутящий момент ДВС.Свободная мощность Nд, кВт, и свободный крутящий момент двигателя Мд,Н∙м, определяются для каждой расчетной точки по формулам:Nд = Ne − Nму ,(4.44)Nд(4.45).π∙nРезультаты расчетов сводятся в таблицу и по ее данным строитсяMд = 3 × 104соответствующий график внешней скоростной характеристики ДВС.
Внешняяскоростная характеристика бензинового двигателя мотовездехода STELS UTV 800представлена на Рисунке 4.9.Подберем теперь передаточное отношение согласующего редуктораводомета из условия бескавитационной работы насосного колеса.107Рисунок 4.9 – Внешняя скоростная характеристика ДВС STELS UTV 800Для этого рассчитаем расход жидкости насоса Q, м3/с, через значениерасчполезного упора , Н, создаваемого движителем:расчQ= (0 − ).(4.46)Избыточный напор всасывания HSVy, м, на максимальной скорости vmax, м/с,определим по выражению:( )2= 10 + β ∙.2(4.47)Тогда допустимая частота вращения насосного колеса nпред, об/мин, равна:3пред =С ∙ 46,3√,(4.48)108где С – кавитационный коэффициент быстроходности, определяющийся похарактеристике лопастной системы и задающийся при проектировочном расчетеводоходного движителя в первом приближении.Условие отсутствия кавитации при работе насоса выглядит так:н ≤ пред ,(4.49)где nн – частота вращения валопровода насосного колеса, об/мин.расчРасчетное передаточное отношение согласующего редуктора СРрасчСР=.нравно:(4.50)расчОкругляем значение СР в большую сторону до ближайшего передаточногоотношения, обеспечиваемого серийно выпускающимися редукторами.Теперь определим основные размеры водометного движителя и подберемсоответствующую лопастную систему насоса.Входной Dвх, м, и выходной Dвых, м, диаметры трубопровода определяютсячерез расход по следующим формулам:4,(4.51)4вых = √,вых(4.52)вх = √где vвых – выходная скорость выбрасываемой струи, м/с, которая рассчитывается повыражению:вых = 0 .(4.53)Определим коэффициент быстроходности ns по формуле:НбМ =∙ 2 ∙√ .4√0 − ∙ √(02 − )3 3,36(4.54)Расчетное значение напора Н, м, при заданной максимальной скорости равно:2(02 − )=.2(4.55)109Для удобства расчетные данные сводятся в таблицу.
По заданным ранее впервом приближении КПД насоса ηН, кавитационному коэффициенту С и поопределенному значению коэффициента быстроходности nS подберем типовуюлопастную систему по одной из универсальных характеристик, предоставляемыхпроизводителем.Из данной характеристики получаем значение коэффициентов напора КH иподачи КQ, которые обеспечивает насос. Зная коэффициент КH, рассчитаем диаметрнасоса Dн, м, по формуле:н = 60√ 2 .н КН(4.56)Приведенный диаметр насоса Dпр, м, рассчитывается следующим образом:пр = Dн √1 − ()2 ,(4.57)где d – втулочное отношение насоса, определяемое по графику, изображенному вработе [66].Выбор насоса можно считать окончательным, если выполняется условиеотсутствия диффузорности течения перед насосом и после него:1<пр< 1,1.вых(4.58)Если ни один из типовых насосов не обеспечивает заданные максимальнуюскорость движения и полезный упор при максимальном КПД, необходимо выбратьточку на графике лопастной системы с худшим КПД и провести повторный расчетпотребной мощности силовой установки, проверить выполнение условиябескавитационной работы, а также заново определить основные размерыводоходного движителя.
Размеры последнего ограничены по конструктивнымсоображениям, данный факт также необходимо принять во внимание при расчете.В случае, если типовые лопастные системы не обеспечивают заданныххарактеристик или условия (4.49) и (4.58) не соблюдаются, необходимо разработатьновую лопастную систему. Расчетные методы проектирования насосных колесводометов представлены в [23, 66].110Если параметры лопастной системы насоса водомета определены, тоизвестна ее характеристика КН = f(КQ) при угле лопастей φ, о, из которой можемопределить напор Нв, м, и подачу Qв, м3/с, водометного движителя:в = 2,8 × 10−4 Н н2 н2 ,(4.59)в = 1,7 × 10−2 н н3 .(4.60)Тогда фактический полезный упор движителя Ре, Н, на максимальнойскорости движения vmax, м/с, в режиме «ДВС» равен:ДВСРе(4.61)= В (0 − ) .Тяга на швартовах Ршве , Н, при v = 0 м/с определяется из формулы (4.61):Ршве = В (0 − ).(4.62)Зная тягу в швартовочном режиме разработанного водометного движителя,ДВСможем нанести на Рисунок 4.8 линейную характеристику Ре«ДВС».Даннаялинейнаяфункцияпересекает= 1 (в ) для режимаграфикбуксировочнойхарактеристики б = (в ) в точках А (вА ; бА ) и Б (вБ ; бБ ).
Это означает, что приработе одного ДВС амфибия сможет двигаться с максимальной скоростью вА . Дляпреодоления «горба сопротивления» в интервале от точки А до точки Б необходимдополнительный подвод мощности к водоходному движителю, который можетбыть обеспечен ЦОЭМ, работающей в тяговом режиме. Чтобы определитьэлектрическую мощность ЦОЭМ, необходимую для перехода из точки А в точку Б,проведем на Рисунке 4.8 через точку максимального сопротивления Г (вГ ; бГ )ДВС+ЭМлинейную функцию Ре= 2 (в ), соответствующую режиму «ДВС+ЭМ». Таккак параметры водоходного движителя определены, то линии графиков полезногоупора в режимах «ДВС» и «ДВС+ЭМ» параллельны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
