2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики для двигателя ямз-236нд

Изменение мощности двигателя и его крутящего момента в зависимости от вращения коленчатого вала называется внешней характеристикой двигателя.

Мощность двигателя вычисляется по формуле Лейдермана:

(2.1)

где N_e.max - максимальная мощность двигателя (N_e.max = 154 кВт); n_ex - некоторые выбранные значения частоты вращения двигателя в минуту (для точности вычислений разобьем максимальное значение на интервалы по 200 об/мин); n_N - максимальное значение частоты вращения двигателя (n_N = 1900 об/мин).

Крутящий момент двигателя рассчитаем по формуле:

(2.2)

где N_ex - значения мощности; n_ex - выбранные значения частоты вращения двигателя.

Результаты вычислений представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Внешняя скоростная характеристика двигателя

nex, об/мин	Nex, кВт	Mex, кГс∙м
1000	101,26	96,70
1100	110,89	96,27
1300	128,14	94,13
1500	141,79	90,27
1700	150,77	84,70
1900	154	77,41

3. Оценочные параметры гидротрансформатора двигателю

После того, как выбран двигатель и принято решение о применении гидродинамической трансмиссии определяем коэффициент прозрачности гидротрансформатора:

(3.1)

где к_Д - коэффициент приспособляемости двигателя; d_Д - рабочий диапазон оборотов двигателя. Таким образом:

Из числа существующих выбираем гидротрансформатор ГТК-XV-380, который по коэффициенту прозрачности (П = 2,395) наиболее близко подходит к характеристике двигателя.

Преобразующее свойство гидротрансформатора оценивается коэффициентом трансформации (силовым передаточным числом):

(3.2)

где М_Т, M_H - крутящий момент на турбинном и насосном колесе гидротрансформатора.

Для ГТ ГТК-XV при оптимальном режиме k_ГТ = 1,38, а при полном торможении вала турбины k_ГТ = 1,93.

КПД, оценивающий энергетические потери в ГТ:

(3.3)

где u_НТ - кинематическое передаточное число ГТ, равное отношению частоты вращения n_Н насосного колеса к частоте вращения n_T турбинного колеса ГТ:

(3.4)

В расчетах удобно использовать обратную ему величину:

(3.5)

Для ГТ ГТК-XV i_ГТ = 0,6. Получаем:

.

При работе ГТ на расчетном режиме (i_ГТ = i_ГТ.Р) двигатель должен работать на режиме максимальной мощности, т.е. М_Д = М_Д.N и n_Д = n_N. За расчетный режим ГТ принимаем его работу на режиме гидромуфты. Обычно принимают i_ГТ = 1/u_НТ.Р = 0,9-0,92. Принимаем i_ГТ = 0,9.

Момент, развиваемый насосным колесом ГТ, определяется по формуле:

(3.6)

где γ - удельный вес рабочей жидкости, кГс/м³ (для ГТ ГТК-XV-380 γ = 840 кГс/м³); λ_Н - коэффициент момента лопастного колеса, мин²/м; n_Н - частота вращения насосного колеса, об/мин; D_a - активный диаметр ГТ, м (D_a = 0,38 м).

Очень часто при определении момента на насосном колесе М_Н используют не сам коэффициент λ_Н, а произведение γ∙λ_Н. Поскольку ГТ ГТК-XV является прозрачным (П > 1), то необходимо учесть, что величина γ∙λ_Н будет изменяться с изменением кинематического передаточного числа 1/i_ГТ. Для ГТК-XV коэффициент γ∙λ_Н на «стоповом» режиме работы ГТ (1/ i_ГТ = 0) равен 0,0057 (кГс∙мин²)/(об∙м⁴), при максимальном значении КПД ГТ равен 0,0018 (кГс∙мин²)/(об∙м⁴).

Результаты вычислений момента на насосном колесе при «стоповом» режиме работы ГТ и при максимальном значении КПД ГТ приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Результаты вычислений момента на насосном колесе ГТ

nН, об/мин	МН, кГс∙м при γ∙λН = 0,0057	МН, кГс∙м при γ∙λН = 0,0018
1000	45,16	14,26
1100	54,65	17,26
1300	76,33	24,10
1500	101,62	32,09
1700	130,52	41,22
1900	163,04	51,49

На рис. 3 получаем графики внешних характеристик двигателя и двух парабол нагружения от ГТ. Одна парабола соответствует «стоповому» режиму работы ГТ, а вторая - величине 1/i_ГТ, которая соответствует максимальному значению КПД ГТ. Любая точка, расположенная между этими параболами на внешней характеристике двигателя, означает вполне определенный режим работы двигателя и гидропередачи. Каждая точка этой области представляет собой точку пересечения некоторой частичной характеристики двигателя и параболы нагружения, соответствующей вполне определенному и постоянному передаточному отношению ГТ.

Рис. 3. Характеристика совместной работы ГТК-XV с двигателем ЯМЗ-236НД

На рис. 3 видно, что парабола нагружения ГТК-XV, соответствующая «стоповому» режиму работы, пересекается с внешней характеристикой двигателя ЯМЗ-236НД правее точки M_дв.max (n_дв = 1000 об/мин). Из этого следует, что при полной остановке бурового агрегата 1БА-15В под нагрузкой работа двигателя на внешней характеристике останется устойчивой. Положение параболы нагружения при максимальном значении КПД ГТК-XV говорит о том, что буровая установка 1БА-15В не сможет использовать максимальную мощность двигателя ЯМЗ-236НД при максимальном значении КПД ГТ. Это приводит к дополнительным потерям мощности, передаваемой от двигателя в трансмиссию. Но поскольку ГТК-XV является блокируемым ГТ, то при наличии системы управления блокировкой ГТ этот недостаток устраняется.

Частота вращения на турбинном колесе:

(3.7)

Результаты вычислений приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Частота вращения на турбинном колесе ГТ

nT, об/мин

600

660

780

900

1020

1140

Момент, развиваемый турбинным колесом ГТ, определяется по формуле:

(3.8)

где η_ДН - КПД согласующей передачи между двигателем и насосным колесом (η_ДН = 0,83). Результаты вычислений представлены в таблице 5.

Таблица 5.

Момент на турбинном колесе ГТ

МТ, кГс∙м при γ∙λН = 0,0057	МТ, кГс∙м при γ∙λН = 0,0018
51,73	16,3
62,6	19,77
87,43	27,6
116,4	36,76
149,5	47,21
186,74	58,98