1.5.2 Построение теоретических характеристик двигателя

С целью последующего тягового расчета строится теоретическая регуляторная характеристика дизеля Исходными данными для ее построения являются: номинальная мощность N_eн в кВт, номинальная частота вращения n_н в мин^-1, удельный g_{e н} в г /(кВтч) и часовой G_{Т н} в кг/ч расходы топлива на номинальном режиме работы двигателя

Характеристики строятся при настройке всережимного регулятора дизеля на максимальную подачу топлива. Примеры оформления графиков и расположения масштабных шкал приведены на рис. 1, 2, и 3. При выборе масштабов необходимо стремиться сохранить на графиках подобное расположение кривых (рекомендуется ГОСТ-ми на испытание автотракторных двигателей).

Теоретическая регуляторная характеристика дизеля.

По результатам одних и тех же расчетов (испытаний) регуляторная характеристика дизеля может быть представлена в виде различных графиков:

(M_к, N_e, G_Т, g_e) = f(n) - регуляторная характеристика дизеля в функции от

частоты вращения (ее также называют скоростной

характеристикой дизеля на регуляторе);

(n , M_к ,G_Т, g_e ) = f(N_e) -регуляторная характеристика дизеля – основная

(строится в функции от эффективной мощности);

(n , N_e , G_Т , g_e) = f( M_к ) - регуляторная характеристика дизеля в функции

от крутящего момента;

Построение теоретических регуляторных характеристик начинается с построения регуляторной характеристики в функции от частоты вращения.

Построение регуляторной характеристики в функции от частоты вращения. Регуляторная характеристика в функции от частоты вращения - скоростная характеристика дизеля на регуляторе (M_к, N_e, G_Т, g_e) = f(n) строится в такой последовательности (рис. 1).

1. Выбираются масштабы для построения графика. Масштаб по оси абсцисс графика (масштаб частоты вращения) выбирают ориентируясь на значения n_н , n_{х max} и n_{Mк max} Значение номинальной частоты вращения n_н известно, а максимальная частота вращения холостого хода n_{х max} определяется по формуле:

n_{х max} = (2+_р ) n_н / (2 - _р )  (1+_р ) n_н =(1+0,05) 2300=2415 мин^-1;

где _р - степень неравномерности регулятора (у современных дизелей _р=0,03…0,07).

Частота вращения при максимальном крутящем моменте

n_{Mк max}= n_н / K_об =2300/1,6 =1437,5 мин^-1;

где K_об - коэффициент приспособляемости двигателя по частоте вращения; у современных двигателей K_об = 1,5…1,7.

Ориентируясь на рекомендуемое расположение кривых, а также на номинальные значения M_{к н}, N_{e н}, G_{Т н} и g_{e н} выбираются остальные масштабы, при этом значение крутящего момента на номинальном режиме определяется по формуле:

M_{к н} = 9550  N_{e н} / n_н =9550 50,47/2300=209,6 Н·м;

На оси абсцисс отмечаются три характерные точки, соответствующие n_н, n_{х max} и n_{Mд max}, через которые проводятся вертикальные вспомогательные (штрихпунктирные) линии.

2. Перед построением графика подготавливается таблица для расчетов, в которую заносятся уже известные численные значения величин (см. таблицу 1).

Таблица 3- Теоретических характеристик двигателя

n , мин –1	Mк , Нм	Ne , кВт	GТ , кг/ч	ge , г /(кВтч)
nх max = 2415	0	0	3,18	=>∞
nн = 2300	209,6	50,47	10,6	210
n1 = 2000	231,4	48,5	9,6	197,9
n2 = 1850	237,9	46,1	9	195,2
n3 = 1620	242,3	41,1	8,5	206,8
nMк max = 1437,5	241,04	36,3	8,38	230,8

Значения n₁ , n₂ и n₃ выбираются произвольно – равномерно в диапазоне частот от n_н до n_{Mк max}. Для значений частот в этом диапазоне (включая n_{Mк max}) по эмпирической зависимости рассчитываются соответствующие значения крутящих моментов и заносятся в табл.3:

;

= 209,6* = 231,4 Нм;

= 209,6* = 237,9 Н∙м;

= 209,6* = 242,3 Н∙м;

= 209,6* = 241,04 Н∙м.

По результатам расчета определяется значение коэффициента приспособляемости дизеля по моменту:

К_М = M_{к max} / M_{к н} =241,04/209,6=1,15>1,12;

Значение К_М должно быть не менее 1,12;

По значениям М_к и соответствующим значениям n в диапазоне от n₁ до n_{Mд max} рассчитываются значения эффективной мощности по формуле:

N_e1 = M_к n / 9550 =231,4 2000/9550=48,5 кВт;

и заносятся в табл. 3. По данным таблицы строятся корректурные ветви кривых M_к = f(n) и N_e = f(n), а регуляторные ветви этих кривых изображаются в виде прямых линий, соединяющих точки M_к =0 при n_{х max} с M_{к н} и N_e =0 при n_{х max} с N_{e н} соответственно.

3. Для построения зависимости G_Т = f(n) определяются значения G_Т на характерных режимах. На номинальном режиме ( n)

G_{Т н} = g_{e н} N_{e н} / 10 ³ =210 50,47/1000=10,6 кг/ч;

При работе на максимальном скоростном режиме ( n_{х max} ):

G_{Т х} = (0,22... 0,3) G_{Т н} =0,3 10,6=3,18 кг/ч;

а на режиме M_{к max} ( n_{Mк max} ):

G_{Т Mк max} = 1,1 G_{Т н} K_M / K_об= 1,1 10,6 1,15/1,6=8,38 кг/ч;

Полученные значения заносятся в табл. 3, в выбранном масштабе откладываются на графике и условно соединяются прямыми линиями. В табл. 3 также заносятся значения G_Т , соответствующие n₁ , n₂ и n₃ , которые определяются непосредственно по построенному графику. Значения удельного расхода топлива g_e для этих скоростных режимов определяются по формуле:

g_e = G_Т 10³ / N_e =8,38 1000/36,3=230,8 г/(кВт ч)

и также заносятся в табл. 3. По этим данным на графике строится корректорная ветвь зависимости g_e = f(n).

На регуляторном участке в диапазоне частот от n_н до n_{х max} кривая g_e=f(n) начинается с g_{e н} и по мере уменьшения нагрузки асимптотически стремится к бесконечности.

Построение регуляторной характеристики в функции от эффективной мощности. На графике в принятом масштабе последовательно наносятся зависимости (n , M_к ,G_Т, g_e ) = f(N_e). Все необходимые для их построения данные берутся из табл. 3. Характерными точками здесь являются: холостой ход N_e = 0 ; номинальный режим N_e=N_{e н}; мощность при M_{к max}.

Регуляторная ветвь g_e = f(n) здесь строится в диапазоне (0,4... 1,0)N_e. Значения g_e рассчитываются по формуле. По 3...4 выбранным точкам, при этом значения G_Т и N_e берутся непосредственно из графика.

Построение регуляторной характеристики в функции от крутящего момента. Регуляторная характеристика в функции от крутящего момента строится при тяговом расчете трактора.

На графике (рис.3) в принятом масштабе строятся зависимости (n, N_e , G_Т , g_e) = f( M_к ). Данные для построения соответствующих зависимостей берутся из табл.3. Характерными точками характеристики являются: M_к=0 (холостой ход), M_{к н} и M_{к max}.

Регуляторная ветвь g_e=f(n) строится аналогично ее построению на графике регуляторной характеристики в функции от эффективной мощности.