Файл: Барский И.Б. Динамика трактора.pdf

Основоположником исследований работы тракторного двига­ теля при установившейся 1 нагрузке является В. Н. Болтинский. Теоретические разработки, а также результаты эксперименталь­ ных исследований по этому вопросу изложены им в работе [7].

Потеря мощности. В. Н. Болтинский отмечает два фактора, вызывающих потери мощности двигателя.

1. Колебания нагрузки приводят к колебаниям частоты вра­ щения коленчатого вала, что неблагоприятно влияет на органи­ зацию и протекание рабочего процесса двигателя, снижает коэф­ фициенты наполнения, индикаторный, механический и избытка воздуха, вследствие чего двигатель развивает более низкую эф­ фективную мощность.

2. Колебания угловой скорости коленчатого вала двигателя вызывают значительные нарушения в работе регулирующей сис­ темы, которые заключаются в фазовых сдвигах между входными и выходными координатами элементов системы регулирования (момент сопротивления, частота вращения двигателя, перемеще­ ние рейки топливного насоса, крутящий момент двигателя).

Не всем исследователям удавалось получить эксперимен­ тально снижение мощности двигателя, например, при работе дви­ гателя на линейном участке регуляторной характеристики с пе­ ременной нагрузкой. Так, по данным В. А. Гусятникова, колеба­ ния нагрузки вызывают колебания показателей двигателя (частоты вращения, расхода топлива, воздуха), однако их сред­ ние значения сохранялись такими же, как при нагрузке постоян­ ным моментом сопротивления, равным среднему переменному моменту. Снижение мощности при работе двигателя с «заходом» на корректорный участок сопровождается снижением часового расхода топлива, что соответствует форме характеристики часо­ вого расхода.

Рассмотрим влияние колебаний нагрузки на некоторые пока­

ти к и д в и г а т е л я . Предположим, что:

1)колебания момента сопротивления происходят по гармо­ ническому закону около среднего значения, соответствующего крутящему моменту двигателя в точке е (см. рис. 1);

2)изменение крутящего момента двигателя и частоты вра­ щения коленчатого вала при колебаниях нагрузки происходит строго по закону регуляторной характеристики, т. е. значения

Л4д и я д в любой момент соответствуют одной точке, всегда рас­ положенной на кривой, выражающей статическую зависимость между этими параметрами.

8

Таким образом, показатели рабочего процесса сохраняются неизменными и потери мощности, которые могли бы быть вызва­ ны этим или нарушениями в системе регулирования, отсутст­ вуют.

При соблюдении этих условий среднее за время опыта значе­

образом, несмотря на предположение, описанное в п. 2, произо­ шло «расслоение» характеристики, которое заключается в том, что одному и тому же значению М д соответствуют различные значения частоты вращения коленчатого вала и, следовательно, различные эффективные мощности. Так как ncv < пе, мощность при нагружении переменным моментом ниже, чем при нагружении постоянным моментом, что вытекает из формулы

Р716,2

Полученное вопреки сформулированному в п. 2 предположе­

вызванные изменением физических условий протекания процес­ сов в системе вследствие ее колебаний (ухудшение теплового процесса двигателя, рассогласование в системе автоматического регулирования и т. д.), или нет. Если такие потери будут, то они суммируются со снижением мощности, вызванным нелинейностью регуляторной характеристики.

В связи с изложенным более правильно термин «снижение мощности» и «потеря мощности» заменить термином «недоис­ пользование мощности». Этим термином мы и будем пользовать­ ся в дальнейшем.

Следует отметить, что в отдельных работах для оценки сни­ жения показателей двигателя из-за нелинейности регуляторной характеристики принят коэффициент использования крутящего момента двигателя.

Такой подход представляется недостаточно удачным по следующим причинам. Крутящий момент двигателя поддер­ живается его регулятором в соответствии с внешней нагрузкой.

но не степень использования его мощности при переменной на­ грузке. При заданном внешним воздействием среднем значении крутящего момента использование мощности двигателя опреде-

9

ляется только снижением среднего значения частоты вращения его коленчатого вала.

Недоиспользование мощности начинается тогда, когда вслед­ ствие колебаний крутящий момент двигателя превышает номи­ нальное значение, т. е. двигатель периодически работает на кор­ ректорном участке характеристики. Нетрудно проследить, что при неизменной амплитуде колебаний нагрузки и при приближе­ нии среднего уровня загрузки двигателя к номинальному недо­ использование мощности двигателя увеличивается. С увеличени­ ем амплитуды колебаний нагрузки при постоянной средней за­ грузке двигателя недоиспользование его мощности также увели­ чивается. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим следующие два примера.

П р и м е р 1. Предположим, что амплитуда колебаний кру­ тящего момента двигателя составляет 3,75 кгс-м и сохраняется неизменной при различных средних уровнях загрузки (рис. 2). Зададим следующие уровни загрузки: 36,25; 37,50; 38,75; 40,00; 41,25; 42,50; 43,75 кгс-м. Каждой из этих точек соответствует средняя частота вращения коленчатого вала: 1760, 1730 (вместо

испытаниях. Во-вторых, этой мощности соответствует более чем на 200 об/мин меньшая частота вращения по сравнению с часто­ той вращения, соответствующей максимальной мощности при тормозных испытаниях. В данном случае нельзя говорить только о недоиспользовании мощности, так как качественно изменяется протекание кривой, что создает ложное представление о дейст­ вительном режиме работы двигателя.

10

П р и м е р 2. Предположим, что средний уровень загрузки двигателя по крутящему моменту соответствует точке а (рис. 3). Зададим последовательно четыре режима синусоидальных коле­

рые позволяют в процессе опыта непрерывно умножать мгновен­ ные частоты вращения коленчатого вала и крутящие моменты двигателя и получать в некотором масштабе кривую мгновенной эффективной мощности двигателя. В этом случае отпадает не­ обходимость пользоваться формулой (1) для расчета среднего

нейности средняя мощность всегда ниже исходной, вокруг кото­ рой совершаются колебания, и не может принять максимального значения, что было показано Б. Б. Чагаром.

Коэффициент загрузки двигателя. Загрузка двигателя при испытаниях и в условиях эксплуатации оценивается коэффици­ ентом загрузки k3 и частотой вращения коленчатого вала двига­ теля. По коэффициенту загрузки определяется средняя за какойто период степень загрузки двигателя. По показаниям тахометра

11