Розділ 1 Визначення необхідної потужності двигуна для проектованої машини та вибір прототипу двигуна. Теоретичне обгрунтування вибору потужності двигуна.
Потужність двигуна проектованого трактора чи автомобіля визначається на основі балансу потужності машини, який показує, куди витрачається енергія, що виробляється двигуном. Рівняння балансу потужності записується у вигляді [2]:
Nе = Nтр + Nδ + Νf + Nвом + Nw + Nj+ Nі + Nкр (1.1)
де Nе – потужність, що знімається з колінчастого валу двигуна;
Nтр – втрати потужності в трансмісії;
Nδ – втрати потужності на буксування рушія;
Nf – втрати потужності на подолання опору кочення машини. У деяких випадках для гусеничних тракторів із складу Nf окремо виділяють втрати потужності на тертя в шарнірах гусеничного рушія Nг, що приблизно дорівнюють половині втрат Nf, визначених експериментально;
Nвом – потужність, що передається через вал чи коробку відбору потужності з урахуванням коефіцієнта корисної дії (ККД) передачі; на стадії проектування Nвом повинна обумовлюватися завданням;
Nw – потужність, що витрачається на подолання опору повітря;
Nj – потужність на подолання сил інерції, може змінювати знак в залежності від напрямку прискорення;
Nі – потужність на подолання підйомів (на схилі змінює знак);
Nкр – потужність, що передається через тягово-зчіпний пристрій (знаряддю у машинно-тракторному агрегаті або причепу в автопоїзді).
Ні одна з складових балансу потужності під час руху машини не залишається постійною. Детальний аналіз складових балансу буде зроблено в курсі теорії тракторів і автомобілів. Для вибору потужності двигуна на стадії проектування трактора чи автомобіля досить обмежитися середнім значенням складових тягового балансу для номінального режиму, які визначають за формулами 1.2...1.8:
Nтр = Nе·(1 – ηтр), кВт (1.2)
де ηтр – ККД трансмісії.
Nδ = Ркр·(Vт − Vд) = Ркр·Vт ·δ, кВт (1.3)
де Ркр – тягове зусилля (на гаку чи буксирному пристрої), кН;
Vт та Vд – теоретична та дійсна швидкості руху, відповідно, м/с;
δ = (Vт – Vд)/Vт – коефіцієнт буксування рушія.
Nf = G·f∙Vд∙cosα, кВт (1.4)
де G – вага машини, кН;
f – коефіцієнт опру коченню, вибирається як табличне значення для заданих умов руху (див. табл. 1 додатку 1);
α – кут нахилу опорної поверхні до горизонту в напрямку руху.
Nw
= Рw∙Vд
=
,
кВт (1.5)
де Рw – сила опору повітря, кН;
k – коефіцієнт обтічності, Н·с2/м4 ;
F – площа лобової поверхні машини, м2.
Nj = m·j∙Vд, кВт (1.6)
де m = G/g – повна маса машини, т;
g = 9,81 м/с2 – прискорення вільного падіння;
j – прискорення машини, м/с2.
Nі = G∙sіnα∙Vд, кВт (1.7)
Nкр = Ркр∙Vд, кВт (1.8)
При попередніх розрахунках рівняння балансу потужності спрощують наступним чином.
Для тракторів Nвом враховують тільки при умові наявності в завданні, а Nw, Nj та Nі взагалі не обчислюють окремо. Ці складові враховують деяким коефіцієнтом можливого перевантаження трактора kп, після чого рівняння тягового балансу набуває вигляду:
Nе = kп∙(Nтр + Nδ + Nf + Nкр). (1.9)
Для вантажних автомобілів, за винятком спеціальних, як правило не враховують Nвом, Nj та Nδ. Потужність, що передається через буксирний пристрій причепу (або причепам) Nкр представляють у вигляді складових опору рухові причепа, які підраховуються за тими ж формулами, що і для автомобіля, з тими ж коефіцієнтами. При визначенні потужності двигуна автомобіля будемо вважати, що автомобіль працюватиме без причепа і Nкр = 0. Тоді:
Nе = Nтр + Nf + Nw + Ni . (1.10)
Враховуючи, що: Nf + Ni = G∙f∙Vд∙cosα + G∙sinα∙Vд маємо:
Nf + Ni = G∙Vд∙(f∙cosα + sinα) = G∙Vд∙ψ = Nψ, (1.11)
де ψ = f∙cosα + sinα – коефіцієнт опору дороги,
Nψ – затрати потужності на подолання опору дороги, включаючи підйоми.
Отже, для автомобіля можемо остаточно записати:
Nе = Nтр + Nψ + Nw (1.12)
Для розв'язання рівняння балансу потужності і знаходження потужності двигуна проектованої машини потрібно визначити всі складові, деякі з котрих беруть із завдання, інші обчислюють або приймають, спираючись на апріорні дані. Такими даними, як правило, є параметри прототипу – найбільш близької за призначенням, класом та будовою машини, яка вже виготовляється.
Поняття "прототип" при проектуванні треба розуміти як "подібний майбутній, проектованій машині". Для курсової роботи, користуючись довідковою літературою, вибирають прототип трактора чи автомобіля та, окремо, прототип двигуна.