1. Внешние скоростные характеристики двигателей.

Цель занятия – овладение студентами расчетными методами воспроизведения эмпирических зависимостей крутящего момента и мощности двигателя от угловой скорости (или частоты вращения) коленчатого вала.

1. Методические указания.

Основные параметры, характеризующие двигатель:

N_е – мощность двигателя, Вт (кВт);

М_к – крутящий момент, Нм;

ω_{е –} угловая скорость коленчатого вала, с ^-1 ;

n_e- частота вращения коленчатого вала, об/мин.

Для определения показателей тягово-скоростных свойств важно знать скоростные характеристики двигателя АТС. Скоростная характеристика двигателя это зависимость мощности и крутящего момента от частоты вращения при установившемся режиме работы. Скоростную характеристику, полученную при полной подаче топлива,  называют внешней скоростной характеристикой двигателя.

Скоростные характеристики получают стендовыми испытаниями по стандартным методикам, различным в разных странах. При стендовых испытаниях отключают часть оборудования двигателя, регламентированы также атмосферные условия (атмосферное давление и температура воздуха). Поэтому при использовании стандартной внешней скоростной характеристики двигателя при определении тягово-скоростных свойств значение мощности и крутящего момента умножают на коэффициент коррекции К_р. Величина его зависит от многих факторов. Возможные значения приведены в (I, c.17).

В случае отсутствия экспериментальных данных используют эмпирические зависимости, позволяющие по известным координатам одной точки воспроизвести всю кривую мощности и крутящего момента.

2. Методика расчета внешней скоростной характеристики двигателя.

Зависимость N_е= f (n) аппроксимируется формулой кубического

трехчлена:

где N_еmax – максимальная мощность двигателя;

а, b и с – постоянные коэффициенты для конкретного двигателя;

n_{N –} частота вращения при максимальной мощности двигателя.

, где N_е и ω_е- текущие значения мощности (Вт) и угловой скорости (с^-1) вращения коленчатого вала.

Для построения кривой М_к = f (n) применяют формулу

Коэффициенты а, b и с зависят от типа двигателя, особенностей конструкции.

Если реальная зависимость М_к=f (n) отсутствует, но есть две точки этой характеристики: M_кmax, n_м и М_кN, n_N, которые обычно приводятся в технической характеристике, то коэффициенты а, в, с можно определить следующим образом.

Формула (1.1)имеет общий характер, поэтому она должна быть верна в точке n=n_N:

N_emax= N_emax(а+b-с),

Отсюда а+b-с=1

M_кmах-максимальное значение крутящего момента;

n_м – частота вращения при максимальном значении крутящего момента;

М_кN – значение крутящего момента при n_N.

Отношение М_кmаx/М_кN=К_м называется коэффициентом приспособляемости по моменту, а n_N / n_м = К_ω – коэффициентом приспособляемости по частоте. Значения коэффициентов К_м, К_ω определяют способность двигателя автоматически приспосабливаться к изменению нагрузки и диапазон устойчивой работы двигателя. Кривая М_к = f (n) имеет максимум при частоте n_М n_N. Если n  n_М, то увеличение нагрузки на двигатель вызывает снижение n, что приводит к возрастанию М_к, т.е. двигатель автоматически приспосабливается к изменению нагрузки. Обычно эту способность оценивают, помимо коэффициентов К_м, К_ω, величиной запаса крутящего момента М₃ (%):

Для двигателей с регулятором частоты вращения:

Для двигателей, не имеющих ограничителя: Область режимов работы двигателя ограничена n_min – минимальной частотой вращения коленчатого вала двигателя, на которой двигатель устойчиво работает при полной нагрузке, и n_max- максимальной частотой вращения.

Эмпирические значения n_min соответствуют 700…..900 об/мин.

Для двигателей, не имеющих ограничителя, n_max= (1,1…1,2) n_N

Для двигателей с регулятором частоты вращения: n_max= (0,8…1) n_N