TMM_Leonov (514470), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Для упрощения примем КПД передаточного механизма равным единице. Равновесный режимМА получается как пересечения характеристик приведенM сопр(ωвинт ) = M двпр (иω двмодуля)U .ного моментадвигателяреального моментасопротивления |Мсопр| (рис. 6.2.). Поскольку приведенныймомент двигателя174Глава 6. Повышение экономичности на установившемся режимеM двпр = M двUзависит от передаточного отношения редуктора, то варьируя U в расчетахωU = двωвинтможно построить семейство кривых приведенных к валу(ωвинт ) = M двпр ((ωω дв)U .РМ движущих моментов в системеMкоординатвинт)сопр(см. рис. 6.2).
Таким образом, приведенная характеристикадвигателя к валу РМ получается деформацией реальной егохарактеристики и по оси абсцисс и по оси ординат. Полученное множество точек 1, 2, 3 равновесных режимов приразличных U может быть перестроено в систему координатωвинт= f(U). При допущении, что скорость ω4 =ωвинт винтапропорциональна производительности, можно определитьоптимальное передаточное отношение Uопт, при котороммашина будет работать в режиме максимальной производительности Pmax . Рассмотрим зависимость ωвинт= f(U)(рис. 6.2) и отметим точку 1, в которой U/Uопт= 1, в которой скорости винта и судна будут достигать максимальногозначения, т.е. МА будет обладать максимальной скоростьюи производительностью. Отклонение от Uопт в любую сторону вызывает снижение скорости и производительностина установившемся режиме.Если в качестве звена приведения выбрать вал двигателя, то условие его равновесия удобнее рассматривать приизменении ωдв.
Варьируя U, получим семейство кривыхприведенногоМ сопр к валу двигателя момента сопротивленияпрM сопр.=Точка равновесного режима находится на пересечеUнии реальнойхарактеристики двигателя Mдв и характеристики приведенногоМ сопрк двигателю модуля момента сопротивпрления |M сопр|.=Развиваемая мощность двигателяUWдв = Mдв ωдвв различных точках совместной работы с потребителем(винтом) при различных передаточных отношениях U будет иметь различные значения (рис. 6.3). Поскольку приведенный к валу двигателя момент сопротивленияМ сопрпрM сопр=U6.1.
Выбор оптимального передаточного отношенияMMдвпр (175U>1 )UоптMсопрMдвпр (12U=1 )Uопт3ω40Mдвпр (2U=1 )Uопт11UUопт3Рис.6.2. Приведенные характеристикидвигателя к валу рабочей машинызависит от передаточного отношения редуктора U, то рассматривая это семейство, можно отметить точку 1, соответствующую оптимальному передаточному отношениюUопт, в которой режим максимальной производительностимашины соответствует режиму максимальной мощностидвигателя.Таким образом, возможность работы одного и того жедвигателя на различных режимах (в точках 1, 2 и 3 нарис.
6.2, 6.3) определяется передаточным отношениемредуктора или коробки передач МА. Диапазон измененийU выбирается конструктором при проектировании илиГлава 6. Повышение экономичности на установившемся режиме176M3Mном1W0 =const2W1=constW2=constωномωдвРис. 6.3. Механическая характеристика двигателяоператором в условиях эксплуатации. В качестве примерана рис. 1.20 показана схема управления от ЭВМ грузовогоавтомобиля, оснащённого автоматической коробкой передач, система управления которой позволяет водителю выбирать или максимальную экономичность или предельнуюскорость движения.6.2. Коэффициент использованияноминальной мощности двигателяНа рис.
6.3. показана идеализированная механическаяхарактеристика двигателя в системе координат: M – крутящий момент двигателя; ωдв – скорость вращения вала двигателя, на которую нанесены пунктиром гиперболическиекривые постоянной мощности W1 > W2 > W3WM = дв .ωдвМощность W0 не может быть реализована, так как превышает максимальную мощность двигателя и не пересекает его характеристику.
Точка 1 касания гиперболическойкривой постоянной мощности W1 к характеристике двигателя Мдв(ωдв) соответствует использованию максимальной6.2. Коэффициент использования номинальной мощности двигателя 177мощности двигателя. Пересечение характеристики Мдв(ωдв)кривой постоянной мощности в точках 2 и 3 свидетельствует о возможности реализации двух возможных режимовработы двигателя с одинаковой мощностью W2 = W3 < W1,но с различной экономичностью, уступающей номинальнойс мощностью W1 = Wном. Причем, в точке 2 двигатель будетнедогружен по крутящему моменту и будет работать с повышенной частотой вращения и сниженной экономичностью.
В точке 3 двигатель будет работать с более высокойэкономичностью, чем в точке 2, но с перегрузкой по крутящему моменту, что в большинстве случаев недопустимоиз-за перегрева двигателя при работе на пониженной частоте вращения (ω << ωном). Таким образом при выборе Wномдвигателя конструктор закладывает возможность работыМА с различной экономичностью. При выборе двигателяс номинальной мощностью, намного превышающей потребности установившегося режима, конструктор улучшаетдинамические характеристики МА, но снижает экономичность его работы. При выборе двигателя с недостаточноймощностью происходит его перегрузка и другие неприятные последствия.
Изменение передаточного отношения Uпри неизменных настройке системы управления и нагрузкеРМ вызывает cмещение равновесной точки работы двигателя. Это можно использовать для повышения производительности машины в установившемся режиме работыи снижения расхода энергии без изменения номинальноймощности двигателя.Рассмотрим пример выбора оптимального передаточного отношения по критерию максимальной производительности машинного агрегата на линейном участке статической характеристики двигателя, описываемому уравнениемMдв = M0 - kwwдв = (wxx - wдв),где M0 = (Mдв)max – условный максимальный расчётный момент двигателя, соответствующий скорости ωдв = 0, по линейному уравнению статической характеристики, котораяна практике не достижима, ωxх – скорость вращения валадвигателя на холостом ходу при Mдв = 0; kω = M0 /ωхх – коэффициент крутизны наклона статистической характеристики двигателя.Производительность МА часто определяется скоростью вращения вала РМ.
Действительно, при отсутствии178Глава 6. Повышение экономичности на установившемся режиме граничений на скорость РМ (например, транспортнойомашины) часто можно сделать допущение о повышениипроизводительности МА с ростом его скорости. При заданных характеристиках двигателя и РМ достижение максимальной производительности МА может быть обеспеченовыбором оптимального передаточного отношения Uопт, предопределяющего работу двигателя в режиме максимальноймощности. Координаты точки 1 максимальной мощностиWmax могут быть найдены, если приравнять производнуютекущей мощности нулю.Отсюда может быть получена максимальная мощностьдвигателя(Wдв )max = kω [ωxx − (ωдв )Wmax (ωдв )Wmax = 1 4 M 0 ωxx .что даст возможность получить максимально возможноезначение скорости вала рабочей машины (рис.
6.2)(ω4 )max =(W )дв maxM сопр=M 0 ωxx(4M )сопрпри заданной нагрузке Mсопр. Таким образом, оптимальноепо производительности передаточное отношение UWопт найдётся по расчётным скоростям двигателя и РМ(ω )номM сопрM сопр=2=2.UWопт = дв(ωрм )maxkω ωxxM0Передаточное отношение UWопт будет зависеть не только от нагрузки Mсопр рабочей машины, но и от крутизныkω статической характеристики двигателя (см. рис. 6.3).В рассматриваемом примере расчет оптимального передаточного отношения был произведен без поиска экстремумакритерия оптимальности, а на основании инженерной интуиции и допущении возможности длительного использования максимальной мощности двигателя.Можно выбрать оптимальное передаточное отношению(Uопт)экон по критерию удельной экономичности, совмещаякоординаты точки раcчётного режима работы МА с точкой6.2. Коэффициент использования номинальной мощности двигателя 179максимальной экономичности (Мдв)экон , (ωдв)экон на экономической характеристике двигателя.
Это совмещение частоиспользуют при проектировании для согласования характеристик двигателя и РМ в желаемых точках, обладающихмаксимальной экономичностью. Для решения поставленной задачи на статической экономической характеристикедвигателя (см. рис. 5.12) должна быть указана точка минимального удельного расхода энергии. Как правило, снижение экономичности связано с относительным ростом потерь(тепловых, механических и др.) при снижении мощностидвигателя. Поэтому в качестве критерия экономичности припроектировании часто выбирают коэффициент использования максимальной мощности, представляющего отношениесредней мощности двигателя или развиваемого им моментав расчётном эксплуатационном режиме к соответствующему номинальному или максимальному значению(kW )экон =(М )(М )дв ср.дв номУсловием совмещения равновесного и экономичного режимов работы двигателя будет выполнение энергетического соотношенияM сопр = (M дв )экон (U экон )опт = M 0 (kw )экон (U экон )опт ,где (Uэкон)опт – оптимальное по экономичности расходаэнергии двигателя U; (Мдв)экон = (kW)эконМ0 – нагрузка двигателя в экономичной точке статической характеристики;(kW)экон – коэффициент загрузки по мощности на экономичном режиме.Рассчитанное по линейной статической характеристикеоптимальное передаточное отношение, обеспечивающее работу двигателя в экономичной расчетной равновесной точкеM(U экон )опт = (k ) сопрMW экон0будет определять и соотношение скоростей валов двигателя(ωдв)экон и РМ (ωрм)экон в экономичном режиме(U экон )опт =(ω )дв экон(ω )рм экон.180Глава 6.
Повышение экономичности на установившемся режимеРасчетная скорость вращения вала двигателя в экономичном режиме (ωдв)экон определяется по линейному уравнению характеристики двигателя(ω )дв экон= M01 − (kW )эконkω.Значение (ωдв)экон будет зависеть от формы статическойхарактеристики двигателя, определяющей параметры еёkω и М0. Если режимы максимальной мощности двигателяи минимального удельного расхода энергии совпадают, чтосоответствует отношению моментов(kW)экон = (Мдв)экон /М0 = 0,5 ,то оптимальное передаточное отношение(U экон )опт =2M сопрM0определяется отношением момента сопротивления Мсопрк условному максимальному моменту двигателя М0. Принелинейной статической характеристике двигателя идеявыбора оптимального передаточного отношения останетсяпрежней, необходимо только рассчитывать скорость вращения валов по «приведенной» нелинейной статическойхарактеристике двигателя и РМ методом наложения(см. рис. 6.1, 6.2).В зависимости от изменения нагрузки рабочей машиныпроисходит отклонение от выбранного расчетного режимаработы, приводящее, как правило, к снижению экономичности.
Экономичность снижается меньше, если отклонениеот расчетного режима работы происходит по направлениюградиента изменения экономичности, определяющего экономическую характеристику машинного агрегата. Поэтому,оценивая наиболее вероятные режимы работы МА, можносовместить их с областью экономичной работы, напримерпутем изменения передаточного отношения передаточногомеханизма. Для этой цели в МА применяются специальныеавтоматические устройства, например объединенный регулятор скорости и нагрузки дизель-электрического агрегататепловоза и т.п.6.3. Повышение экономичности с помощью разгружающих устройств 1816.3. Повышение экономичности с помощьюразгружающих устройствВ гл. 4 мы отметили, что при резко меняющейся нагрузке на установившемся режиме можно добиться меньшейноминальной мощности двигателя и за счёт этого снижения расхода энергии, применяя накопительные устройства(маховик) для компенсации пиковых нагрузок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
