3.2 Силовое оборудование.

Источник энергии и оборудование для ее преобразования в приводах называют силовым оборудованием. По конструктивному назначению и роду используемой или преобразуемой энергии различают следующие виды силового оборудования МЗР: двигатели внутреннего сгорания (ДВС), электрические двигатели переменного и постоянного тока, гидравлические двигатели и насосы, гидротрансформаторы и гидромуфты, компрессорные установки.

Силовое оборудование должно удовлетворять требуемой мощности для преодоления рабочей нагрузки, характеру нагрузки, виду используемой энергии и климатическим условиям эксплуатации. У МЗР основным видом силового оборудования являются дизельные двигатели со следующим рядом мощностей 12-16; 30-40; 50-55; 65-80; 275-300; 400-500; 550-600; 730-880 кВт.

Соответствие двигателей характеру нагрузки определяется по их внешней скоростной (регуляторной) характеристике (рис. 3.1), показывающей зависимость эффективной мощности N_e, крутящего момента M_e, часового G_e и удельного g_e расхода топлива от частоты вращения n_e (угловой скорости w_e) коленчатого вала. M_e, N_e (w_e) и G_e – замеряются при стендовых испытаниях двигателя. N_e и g_e являются производными:

; ; (3.1)

Характерными точками внешней характеристики двигателя являются: номинальная частота вращения коленчатого вала n_ен, соответствующая наибольшей эффективной мощности двигателя N_e; частота вращения коленчатого вала n_ем, соответствующая максимальному крутящему моменту M_емах минимальная частота вращения коленчатого вала n_емin, частота вращения коленчатого вала на холостом ходу n_ex; номинальный крутящий момент M_eн (соответствующий крутящему моменту при n_en); максимальный крутящий момент М_емах, максимальная мощность N_emax; минимальный часовой расход топлива на холостом ходу G_emin; часовой расход топлива при максимальной мощности G_en; минимальный удельный расход топлива g_emin.

Регуляторные характеристики ДВС принято строить не только в функции частоты вращения коленчатого вала, но и в функции мощности двигателя или его крутящего момента. Если с увеличением нагрузки на рабочем органе незначительно снижается скорость движения последнего, то характеристику привода называют жесткой. Силовая установка при этом сильно перегружается. Регулирующие возможности такого привода ограничены .

При мягкой характеристике привод имеет свойство саморегулироваться т.е. автоматически снижать частоту вращения вала двигателя, соответственно увеличивая крутящий момент, или увеличивать скорость при снижении нагрузки.

Р ис. 3.1 Регуляторная характеристика дизеля.

ω

Рис.3.2 Внешние характеристики силовых установок:

1-электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением; 2-дизеля с гидротрансформатором; 3-трехфазного асинхронного электродвигателя; 4-электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Реальные внешние характеристики распространенных типов силовых установок показаны на рис. 3.2. При изменении крутящего момента на валу дизельного двигателя на 50-60% незначительно изменяется частота вращения; у карбюраторного же двигателя она практически не изменяется, т.е. эти силовые установки имеют жесткую характеристику. Иная картина наблюдается у дизеля с регулятором (кривая 2) и электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением (кривая 4), когда с ростом нагрузки от нуля до максимума частота вращения изменяется от максимального значения до нуля (мягкая характеристика).

Возможность преодоления двигателем повышенных сопротивлений вращению коленчатого вала двигателя оценивается коэффициентом приспосабливаемости двигателя К_пр:

; (3.2)

(у дизелей , не имеющих корректора подачи топлива, К_пр=1,00÷1,05, а при наличии корректора – К_пр=1,1÷1,2), или коэффициентом запаса крутящего момента К_з, который определяется с помощью следующей зависимости:

; (3.3)

Важным показателем ДВС является эффективный КПД, который представляет собой отношение теплоты превращаемой в эффективную работу, к теплоте, которая могла бы выделиться при полном сгорании топлива. Эффективный КПД величина не постоянная: минимальные значения он имеет на малых и больших числах оборотов вала двигателя, а максимальные значения 26-28% для карбюраторных двигателей и 32-37% для дизелей достигает при средних числах оборотов.

На некоторых МЗР устанавливают электрические или комбинированные дизель-электрические приводы. Силовой установкой такого привода является генератор, питаемый от внешней сети, или агрегат, сочетающий дизельный двигатель с генератором. Генераторы питают электродвигатели постоянного или переменного тока, приводящие исполнительные механизмы рабочего оборудования.

Двигатели переменного тока просты в управлении, надежны и удобны в эксплуатации, могут кратковременно выдерживать большие перегрузки. Существенный недостаток электропривода с двигателями переменного тока состоит в том, что он не может саморегулироваться.

Электродвигатели постоянного тока наиболее приемлемы для приводов МЗР с тяжелым режимом работы. Многомоторные приводы по схеме «генератор-двигатель» Г-Д или ТГ- Д (трехобмоточный генератор-двигатель) с электромашинным или магнитным усилителем обеспечивают бесступенчатое регулирование скорости и полное использование мощности силовой установки при изменении нагрузок в широком диапазоне.

Гидравлическое силовое оборудование может быть гидрообъемным (гидравлические насосы, двигатели, силовые цилиндры) и гидродинамическим (гидромуфты и гидротрансформаторы).

Из насосов, служащих для преобразования механической энергии первичного двигателя в энергию тока рабочей жидкости, применяются аксиальные, роторно-поршневые, пластинчатые (лопастные) и шестеренные. Гидравлические приводы работают при давлении от 6,3 до 31,5 МПа и более. В качестве рабочих жидкостей в них используют масла: индустриальное М12А, веретенное А4, авиационное АМГ и всесезонное ВМГЗ.

Компрессорные (пневматические) силовые установки состоят из приводного ДВС или электродвигателя, компрессора и системы воздухоподготовки. Установки могут быть стационарные, а также переносные, прицепные и самоходные. Применяемые компрессоры по принципу действия разделяют на поршневые, ротационные и винтовые. Передвижные компрессорные установки, используемые для привода МЗР, как правило, выпускают производительностью до 10 м³/мин при давлении до 0,8 Па.