книги из ГПНТБ / Багиров Д.Д. Двигатели внутреннего сгорания строительных и дорожных машин

Рис. 53. Зависимость показателей дизеля СМД-14 от загрузки при испытаниях на режиме нагрузки бульдозера

частотой вращения пт1пдоп. Дальнейшее увеличение загрузки может привести к заглоханию двигателя.

Минимально устойчивая под нагрузкой частота вращения в об/мин соответствует режиму максимального крутящего момента двигателя по динамической характеристике и может быть опреде­ лена по формуле В. Н. Болтинского

от характера нагрузки, поэтому для других машин получены ана­ логичные зависимости.

Следовательно, для обеспечения наилучшей производитель­ ности строительных и дорожных машин с учетом особенностей их нагрузки необходимо подбирать двигатель так, чтобы он ра­ ботал при оптимальной загрузке. Причём, если загрузка является оптимальной для наиболее энергоемкой и тяжелой по условиям работы двигателя технологической операции, то при выполнении машиной менее тяжелых операций выходные показатели двига­ теля будут также достаточно высокими. .

Улучшение использования мощности, повышение топливной экономичности и обеспечение высокого срока службы при опти­ мальной загрузке по сравнению с изменениями этих же показате-

87

Т а б л и ц а 13

Д ви гатель

лей при других значениях загрузки тем ощутимее, чем более тяжельім, неустановившимся является режим нагрузки.

В табл. 13 приведены для сравнения приближенные значения коэффициентов оптимальной загрузки и выходных мощности и топливной экономичности для различных типов машин и двига­ телей, установленные исследованиями авторов.

Оптимальная загрузка является хотя и простым, но не самым эффективным способом повышения выходных показателей двига­ телей при работе их с ^установившейся нагрузкой, так как всегда предполагает определенную недогрузку двигателей. Больший эффект можно получить за счет соответствующего изменения в за­ висимости от вида нагрузки формы скоростной характеристики двигателей.

Оптимизация формы скоростной характеристики« Выходные по­ казатели двигателей, а следовательно, производительность и топливная экономичность строительных и дорожных машин в зна­ чительной степени зависят от формы скоростной характеристики двигателей. Форму характеристики в основном определяют: но­ минальный крутящий момент М№ (мощность Neil), номинальная частота вращения п„, максимальный крутящий момент Метах, коэффициент приспособляемости k, частота вращения nMefflax при максимальном крутящем моменте (коэффициент снижения частоты вращения а).

Из опыта эксплуатации известно, что при завышенной мощ­ ности двигатель работает неэкономично, что влечет за собой уве­ личение расхода топлива, а работа машины сопровождается по­ вышенным буксованием. При недостаточной мощности двига-

88

об/мин

теля резко снижается производительность и также ухудшается топливная'экономичность машины, увеличивается трудоемкость уп­ равления машиной и утомляемость машиниста из-за более частого выключения муфты сцепления и маневрирования рабочим орга­ ном во избежание перегрузки и заглохания двигателя.

Малое значение коэффициента приспособляемости даже при достаточно высокой номинальной мощности двигателя приводит к снижению производительности и увеличению трудоемкости управления машиной. Значение коэффициента снижения частоты вращения также должно быть в оптимальных пределах, при кото­ рых производительность и топливная экономичность машины имеют наибольшие значения.

Как было показано в гл. V, при уменьшении номинальной мощности дизеля, в особенности дизеля, оборудованного турбо­ наддувом, возрастает значение коэффициента приспособляемости. Это приводит к росту оптимальной загрузки и относительных вы­ ходных показателей мощности /гвых опт и топливной экономич­ ности увых опт. На рис. 54 и 55 показана в качестве примера за­ висимость средней и минимальной за рабочий цикл частоты вра­ щения, характеризующей скоростной режим двигателя, а также

89

видно, что зависимость выходных показателей от номинальной мощности тем существеннее, чем более неустановившимся, тяже­ лым по условиям работы дизеля является режим нагрузки.

Следовательно, повышение номинальной мощности дизеля, если оно приводит к уменьшению значения коэффициента приспо­ собляемости, ухудшает относительное использование мощности

итопливную экономичность на неустановившихся режимах на­ грузки строительных и дорожных машин. Однако увеличение мощности при этом играет решающую роль и производительность

итопливная экономичность машин повышается. Это иллюстри­ руется данными испытаний бульдозера Д-685 с двигателем А-41 при рытье траншей, показанными на рис. 56. Повышение произ­ водительности бульдозера, показанное на рис. 56, происходит как

вследствие увеличения объема призмы волочения, так и благодаря повышению рабочих скоростей движения машины. Уменьшение прироста производительности при дальнейшем увеличении номи­ нальной мощности (свыше Neii = 110 л. с) объясняется тем, что по­ лучаемые при этом значения крутящего момента двигателя не могут быть использованы по тягово-сцепным качествам бульдозера.

На рис. 56 видно также, что удельный эксплуатационный рас­ ход топлива (на 1 м3 вынутого грунта) снижается по мере роста номинальной мощности двигателя, причем тем интенсивнее, чем значительнее возрастает производительность. Это объясняется большим приростом производительности по сравнению с увеличе­ нием часового расхода топлива при форсировании двигателя.

На рис. 57 и 58 приведена зависимость оптимальных показате­ лей скоростного режима и выходных показателей дизеля от коэф­ фициента приспособляемости на режимах нагрузки бульдозера и автогрейдера. Как видно, коэффициент оптимальной загрузки К, от возрастает примерно пропорционально увеличению коэф­ фициента приспособляемости. Коэффициент оптимальной выход­

90

собляемости, но затем темп его прироста снижается. Улучшение топливной экономичности (снижение значения уЕЫХ. опт) с ростом коэффициента приспособляемости более ощутимо при небольших значениях k.

Характер изменения выходных показателей зависит от ско­ ростного режима дизеля (изменение пср опх и ят1попт). Чем выше коэффициент приспособляемости, тем больше можно загрузить дизель без снижения его скоростного режима и, следовательно, получить более высокие выходную мощность и топливную эко­ номичность. Однако скоростной режим дизеля существенно изме­ няется лишь в некотором диапазоне изменения коэффициента приспособляемости. Зависимость выходных показателей и ско­

режим нагрузки.

Учитывая определенные конструктивные трудности, связан­ ные с получением высокого коэффициента приспособляемости, целесообразно установить его оптимальное значение для каждого режима нагрузки, т. е. типа машины. Исследования авторов по­ казывают, что оптимальный коэффициент приспособляемости для дизелей бульдозеров и экскаваторов равен 1,35—1,40, авто­ грейдеров— 1,30— 1,35, погрузчиков— 1,25—1,30.

91

частоты вращения показана соответственно на рис. 60—62. Пока­ затели выходной мощности (производительность машин) и топлив­ ной экономичности имеют наиболее высокие значения в некотором диапазоне изменения коэффициента снижения частоты вращения а. При значительном увеличении или уменьшении коэффициента а показатели снижаются, причем это проявляется тем заметнее, чем более неустановившимся является режим нагрузки.

При больших значениях коэффициента снижения частоты вра­ щения, когда максимум крутящего момента находится в зоне вы­ сокой частоты вращения, преодоление неустановившейся нагрузки сопровождается существенным снижением скоростного режима дизеля, что приводит к уменьшению его выходных мощности и топливной экономичности. При чрезмерно малых значениях коэф­ фициента снижения частоты вращения, когда кривая момента

вшироком диапазоне изменения частоты вращения имеет отно­ сительно пологую форму и максимум крутящего момента находится

взоне низкой частоты вращения, преодоление неустановившейся нагрузки также вызывает значительное снижение скоростного ре­ жима дизеля с отмеченными выше отрицательными последствиями.

При большом значении коэффициента снижения частоты вра­ щения значительно усложняется процесс управления машиной, так как во избежание заглохания двигателя машинисту часто приходится выглублять отвал и выключать муфту сцепления.

Следовательно, для дизелей строительных и дорожных машин целесообразно обеспечить оптимальное значение коэффициента снижения частоты вращения в пределах 0,65—0,76.

Втабл. 14 приведены показатели дизеля А-41 с регулируемым

турбонаддувом1* при различных законах изменения мощности по скоростной характеристике. Турбонаддув регулировался так, что мощность снижалась с уменьшением частоты вращения, оста­ валась постоянной в пределах от 1750 до примерно 1250 об/мин и увеличивалась в тех же пределах изменения частоты вращения. Данные получены авторами при лабораторных испытаниях ди­ зеля на различных режимах нагрузки.

Как видно, обеспечив характеристику с постоянной мощностью, можно повысить выходные показатели дизеля. Повышение пока­ зателей тем значительнее, чем более неустановившимся является

1 Регулировка осуществлялась поворотом лоцаток соплового аппарата турбины,

93

режим нагрузки. Сравнение данных табл. 14 с данными, приве­ денными на рис. 56, показывает также, что эффект от применения дизеля с постоянной мощностью тем значительнее, чем более низ­ ким является значение коэффициента приспособляемости двига­ теля при характеристике с убывающей мощностью при снижении частоты вращения. Однако при достаточно высоких значениях коэффициента приспособляемости значения выходных показате­ лей дизеля при характеристиках с убывающей и постоянной мощ­

при характеристике с убывающей мощностью из-за инерцион­ ности регулятора турбокомпрессора при неустановившейся на­ грузке.

Учитывая это и конструктивные трудности, связанные с по­ лучением характеристики с постоянной мощностью, такую ха­ рактеристику можно рекомендовать лишь для дизелей машин с крайне тяжелыми режимами нагрузки (бульдозеры, экскава­ торы).

94

Рис. 63. Скоростные характеристики дви­ гателя:

1 — с убывающей мощностью; 2 — с постоянной мощностью за счет коррекции подачи топлива

На машинах с относительно установившейся нагрузкой (авто­ грейдеры, погрузчики) высокие значения коэффициента приспо­ собляемости могут быть получены, например, за счет применения на­ строенных турбокомпрессоров.

Как видно из табл. 14, характеристика с возрастающей мощ­ ностью обеспечивает высокую оптимальную загрузку дизеля. Однако относительные потери выходной мощности возрастают, что связано с инерционностью регулятора турбокомпрессора, который при такой регулировке дизеля и резко переменной на­ грузке практически постоянно находится в действии.

При такой регулировке дизеля номинальная мощность ниже, чем при регулировке на постоянную мощность. Это ограничение необходимо по соображениям прочности дизеля. В связи с отме­ ченным, выходная мощность при характеристике с возрастающей мощностью ниже, чем при характеристике с постоянной мощ­ ностью. Таким образом, происходит как бы недоиспользование ресурсов дизеля. Следовательно, обеспечивать характеристику с возрастающей мощностью на дизелях строительных и дорожных машин нецелесообразно.

При полном использовании крутящего момента двигателя, обеспечиваемым тягово-сцепными качествами машины, производительнось и топливная экономичность бульдозера увеличиваются на 10— 12% при характеристике с постоянной мощностью по сравнению с аналогичными параметрами при обычной характе­ ристике с одинаковой номинальной мощностью.

Характеристика с постоянной мощностью может быть полу­ чена и на дизеле без турбонаддува при обеспечении желаемого закона подачи топлива на корректорной ветви характеристики, например, созданием специального профиля призмы корректора. Однако при этом должна быть снижена номинальная мощность двигателя (рис. 63).

Обогащение впускаемого в дизель воздуха бензином* Произво­ дительность строительных и дорожных машин зависит от мощности двигателей, установленных на них. Возможно увеличение мощ­ ности дизелей обогащением воздуха, поступающего в цилиндры, бензином (бензодизельный процесс). Этот способ применительно к сельскохозяйственным тракторам наиболее глубоко изучен в Московском институте инженеров сельскохозяйственного про-

95

Рис. 64 Установка карбюратора на впускном патрубке дизеля для обо­ гащения бензином воздуха, поступающего в цилиндры:

что он прост, доступен и может быть применен не только на вновь

создаваемых дизелях, но и на дизелях, уже находящихся в экс­ плуатации.

Обогащение воздуха на впуске в цилиндры дизеля бензином улучшает процесс смесеобразования, так как дизельное топливо впрыскивается в среду не просто сжатого воздуха, а воздуха, насыщенного парами бензина. Улучшается при этом и процесс сгорания, который становится более полным, бездымным. Кроме того, давление в процессе сгорания нарастает плавнее, т. е. ра­ бота дизеля становится менее «жесткой», что благоприятно сказы­ вается на сроке его службы.

Благодаря этому темп изнашивания дизеля не возрастает, несмотря на увеличение механической и тепловой его напряжен­ ности, вызванной форсированием [18].

Добавление к дизельному топливу некоторого количества бен­ зина позволяет повысить мощность двигателя, а улучшение про­ цессов смесеобразования и сгорания повышает топливную эконо­ мичность. Количество подаваемого бензина ограничивается его антидетонационными свойствами и обычно составляет 20—30% дизельного топлива. Возможно использование низкооктанового бензина, например А-66.

На впускном патрубке дизеля устанавливают и соединяют с проточной частью простейший карбюратор (например, типа К-16) без дроссельной заслонки, к которому подводят бензин из спе-

96