Розділ 5. Розрахунок і побудова швидкісної характеристики двигуна

Швидкісна характеристика двигуна необхідна для подальшого проектування трактора чи автомобіля. На основі швидкісної характеристики виконують розрахунок тягової характеристики трактора, визначають тягово-динамічні показники автомобіля, проводять аналіз економічності проектованої машини.

На стадії проектування швидкісну характеристику одержують за допомогою методу подібності, враховуючи, що характер протікання процесів (наповнення циліндрів, термічного і механічного ККД, згоряння палива та ін.), які впливають на формування швидкісної характеристики, для однотипних двигунів однаковий, незалежно від номінальної потужності, номінальної частоти обертання KB і т.д. Можна вказати декілька різновидів використання методу подібності при розрахунку зовнішньої швидкісної характеристики:

а). Табличний метод – характеристика задається у вигляді таблиці, наприклад, дані по прототипу, іноді у вигляді узагальнень у безрозмірних координатах (частота обертання KB, потужність або крутний момент і годинна або питома витрата палива виражаються у відсотках від номінального значення).

б). Аналітичний метод – залежності потужності або крутного моменту та годинної або питомої витрати палива від частоти обертання KB виражаються емпіричними рівняннями, одержаними на основі математичної обробки статистичних даних по двигунах певного класу (дизелі, карбюраторні, газові двигуни різного призначення).

в). Метод теплового розрахунку двигуна для різних значень частоти обертання KB.

Достовірність результатів, одержаних різними методами, відрізняються мало, похибка розрахованої характеристики від одержаної випробуваннями двигуна може становити 5...8%. При проектуванні віддають перевагу тим чи іншим методам розрахунку, що повинно обґрунтовуватися у курсовій роботі.

5.1. При наявності даних швидкісної характеристики прототипу (таблиця 7 додатку 1) можна скористатися методом подібності, обчислюючи коефіцієнти перерахунку параметрів:

К_N = N_e/N_епр (5.1)

та

К_G = G_т/G_тпр (5.2)

де N_е та N_епр – номінальні потужності проектованого двигуна та прототипу, відповідно;

G_т та G_тпр – годинна витрата палива на номінальному режимі для проектованого двигуна та прототипу, відповідно.

Після обчислення коефіцієнтів перерахунку знаходять для кожної частоти обертання двигуна n_x, значення яких повинні відповідати даним прототипу, відповідні значення потужності та годинної витрати палива:

N_ex = N_епрх·К_N (5.3)

та

G_тх = G_тпрх·К_G (5.4)

Значення крутного моменту М_ех та питомої витрати палива g_ех обчислюють за формулами:

M_eх = 9550·N_eх/n_х , Нм (5.5)

та

g_eх = 1000·G_тх/N_eх , г/(кВтгод) (5.6)

підставляючи поточні значення N_ех (кВт), G_тх (кг/год) та n_х (хв^-1).

Дані розрахунків заносять до заздалегідь підготовленої таблиці (див. зразок – табл. 5.3)

5.2. При відсутності даних характеристики прототипу можна скористатись табличним методом за відомими співвідношеннями між параметрами відносної швидкісної характеристики, які приведені у таблиці 5.1.

Значення М_ех та G_тх обчислюють, як було вказано вище, за формулами 5.5 та 5.6. Дані розрахунків заносять до таблиці 5.3.

Табличні дані приведені до значення частоти обертання 100%. При збільшенні частоти обертання у дизелів спрацьовує регулятор-обмежувач обертів і характеристика практично лінійно падає. При холостому ході (М_е = 0, N_е = 0) частота обертання збільшується на 6...7% від номінальної, годинна витрата палива G_T при цьому становить 25...30% від номінальної, а питома витрата палива g_е дорівнює безконечності, тобто, втрачається її фізична суть.

Таблиця 5.1