2.6.2Вибір компресора та трубопроводів

Основним завданням розрахунку системи зміни тиску повітря в шинах котка є вибір компресора та шин для сумісної роботи. Звичайно для розрахунку задано кілька типорозмірів чи моделей шин, що задовольняють потрібні вимоги по якості ущільнення матеріалу, і час наповнення чи випускання повітря з шин. Для сумісної роботи приймають компресор і шини, загальна робота яких забезпечує найменші втрати.

При відсутності даних в технічній документації об’єм шини V_ш визначають яку об’єм тора, тобто

V_ш = 1,9·В₀²·(d₀ + В₀),

тоді

V_ш = 1,9·0,26²·(0,572 + 0,26) = 0,107 м³,

де В₀ – поперечний габаритний розмір шини, м;

d₀ – діаметр обода шини, м.

Загальний об’єм шин складає:

V'_ш = n·V _ш ,

отже

V'_ш = 8·0,107 = 0,855 м³,

де n – кількість шин.

Нормальна робота компресорів забезпечується, якщо об’єм ресиверів

V_р = (0,01...0,05)· V'_ш,

тоді

V_р = 0,035·0,855 = 0,03 м³.

Загальний об’єм магістралі, яку потрібно заповнити стисненим повітрям, складає:

V_м = V'_ш + V_р,

тоді отримаємо

V_м = 0,855 + 0,03 = 0,86 м³.

Масове подавання G_к повітря в шини від компресора (кг/с)

,

отже

кг/с,

де R₀ = 287 Н·м – газова постійна для повітря;

Т_ш – температура повітря в шинах, К;

τ_н – час в секундах для зміни тиску повітря в шинах на ΔР_ш, Па.

Об’ємне подавання G_V компресора при всисанні, м³/год:

,

тоді

м³/год,

де P_а, Т_а – відповідно тиск (Па) і температура (К) атмосферного повітря; k_п = 1,01...1,20 – коефіцієнт витоку повітря в системі.

По величині G_V обирають компресор з більшою частотою обертання колінчатого вала, оскільки габаритні розміри машини виходять менші.

При впусканні повітря в шину діаметр d_т (м) трубопроводу

,

тоді отримаємо

,

де S_п – хід поршня, т;

m – частота обертання колінчатого вала компресора, с^-1;

η_к = 0,6...0,8 – коефіцієнт подавання компресора;

і – число циліндрів.

При випускання повітря з шини оптимальний діаметр трубопроводу та вентилю шини відповідно d_т ≥ 0,008 м; d_в ≥ 0,5·d_т = 0,004 м.

Зменшення діаметра трубопроводу пов’язано з різким зростанням часу зниження тиску повітря в допустимому діапазоні.

2.6.3Тепловий розрахунок трубопроводів

Тепловий розрахунок трубопроводів пов’язаний з визначенням нерівномірності температури повітря, що подається в різні шини. Нерівномірність температури викликає необхідність вирівнювання тиску повітря в шинах.

Коефіцієнт теплопередачі від повітря, що рухається в трубопроводі, до повітря, що оточує трубопровід, визначається за формулою:

,

за якою

,

,

де α_в – коефіцієнт тепловіддачі від повітря, що рухається в трубопроводі, до внутрішньої поверхні трубопроводу, Вт/(м²·К); α_н – коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні трубопроводу до зовнішнього повітря, Вт/(м²·К); α^к_н – коефіцієнт тепловіддачі при перенесенні тепла конвекцією, Вт/(м²·К); α^л_н – коефіцієнт тепловіддачі при тепловому випромінені, Вт/(м²·К).

При теплообміні конвекцією в зоні турбулентного режиму критеріальне рівняння має вигляд:

,

де Nu – критерій Нуссельта; Gr – критерій Грасгофа; Pr – критерій Прандтля.

Представляючи значення критеріїв подібності, отримаємо вираз для коефіцієнта тепловіддачі при переносі тепла конвекцією:

,

тоді

,

де Т_Т – температура зовнішньої поверхні трубопроводу;

Т_а – температура зовнішнього повітря.

Для пофарбованих масляною фарбою трубопроводів коефіцієнт тепловіддачі при тепловому випромінені визначається формулою:

за якою

.

При розрахунку тепловіддачі від повітря, що рухається в трубопроводі, до внутрішньої поверхні трубопроводу використовується критеріальне рівняння Nu = 0,018·Re^0,8, де Re = критерій Рейнольдса.

З цього рівняння отримаємо формулу для визначення коефіцієнта тепловіддачі:

,

звідки

,

де λ – коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м²·К);

Р_ш1, Р_ш2 – початковий і кінцевий тиск повітря в шинах, Па;

μ – динамічна в’язкість, Н·с·м/кг.

Значення коефіцієнтів α_н, α_в і κ_тр для шини великого розміру і часу зміни тиску на 0,1 МПа за 120 – 390 с наведені в таблиці 1.

Таблиця 1

Коефіцієнти, що характеризують теплопередачу від повітря, яке рухається в трубопроводі, до зовнішнього повітря

Рш1, МПа	Рш2, МПа	τн, с	αв, Вт/(м2·К)	αн, Вт/(м2·К)	κтр, Вт/(м2·К)
0	0,1	120	75,4-77,5	10,4-8,4	9,2-8,8
0,2	0,3	156	58,0-61,0	12,8-10,4	10,6-9,0
0,4	0,5	198	48,5-50,2	12,3-10,7	9,8-8,8
0,6	0,7	264	38,8-40,4	11,9-10,2	9,1-8,2
0,8	0,9	390	28,5-29,5	11,9-10,2	8,4-7,6

Температура повітря в кінці трубопроводу визначається за формулою:

,

де Т_к – температура повітря на виході з компресора, тобто на початку трубопроводу, К;

с = 1012 Дж/(кг·К) – питома тепломісткість повітря;

ρ = Р_ш/R₀·Т_ш – щільність повітря, кг/м³;

v = G_к/ρ – швидкість повітря, м/с;

l_Т – довжина трубопроводу, м.

Температуру Т_т·в розраховують для ближньої і найбільш віддаленої від компресора шини.

Щільність повітря визначається за формулою:

,

тоді

кг/м³.

Швидкість повітря розраховуємо за такою формулою:

,

отже

м/с.

Тоді температура повітря в кінці трубопроводу:

К.