Подбор двигателя

Одной из основных задач тягового расчета является выбор мощности двигателя для рассчитываемой машины. Мощность двигателя должна быть достаточной для обеспечения движения машины с заданной максимальной скоростью при ее полном весе.

Под максимальной скоростью машины понимается ее скорость движения в наиболее благоприятных дорожных условиях. Эти условия определяются выбранными значениями коэффициента сопротивления качению ƒ и тангенсом угла подъема дороги ί= tqα. Чем большими в расчете будут приняты значения величин ƒ и ί, тем легче будет обеспечиваться максимальная скорость движения машины.

Однако при этом следует иметь в виду, что с увеличением ƒ и ί возрастает недоиспользованная мощность двигателя при движении машины на ровных участках хорошей дороги и ухудшается топливная экономичность.

При подборе двигателя для колесной машины считается, что максимальная скорость движения обеспечивается на дороге с асфальтобетонным покрытием и общим сопротивлением дороги:

Ψ = ƒ + ί ≈ 0,02

Для гусеничных машин получение максимальной скорости движения обеспечивается на грунтовой дороге при ƒ = 0,03 …0,04, подъеме дороги

ί = 2…3 % (или ί = 0,02…0,03), т.е. общее сопротивление дороги Ψсоставит: Ψ = 0,05…0,07.

Тогда необходимая мощность двигателя (в кВт) определяется из уравнения мощностного баланса машины:

Р_{е max} = (P_д + P_в) ∙ (2.1)

где: P_д - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений дороги;

P_в - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха

(учитывается только для машин при V > 60 км/ч);

η_тр – КПД трансмиссии машины.

Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений дороги:

Р_д = G·ψ·V_max, (2.2)

где: G – сила тяжести машины.

Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха:

Р_в = k · S · V³_max, (2.3)

где: k – коэффициент сопротивления воздуха [ Н·с²/м⁴], устанавливается путем испытания модели проектируемой машины в аэродинамической трубе;

S – лобовая площадь машины, [м²];

S = В · Н (2.4)

где: В – колея машины, м;

Н – наибольшая высота машины, м.

КПД трансмиссии колесной машины находится путем сравнения механизмов проектируемой машины с механизмами существующих машин, для которых эти коэффициенты определены экспериментально и для расчета принимаются в качестве исходной величины.

Для гусеничных машин в формулу (2.1) подставляется общий КПД машины η_о, который определяется по эмпирической формуле:

η_о = 0,85 – 0.0055 · V, (2.5)

где: V – скорость движения машины в км/ч.

С учетом формулы (2.1) устанавливаются следующие расчетные формулы для определения мощности двигателя:

а) для колесных машин

Р_еmax = (2.6)

б) для гусеничных машин:

Р_еmax = (2.7)

При определении максимальной мощности двигателя необходимо иметь в виду, что по современным требованиям удельная мощность двигателя должна быть в пределах 15…20 кВт/т, достигая в определенных случаях 30…35 кВт/т.

После определения максимальной мощности двигателя строится расчетным способом его внешняя скоростная характеристика.

Для определения текущих значений мощности при различной частоте вращения коленчатого вала можно рекомендовать следующую эмпирическую формулу:

P_ev = P_emax· , (2.8)

где: а, в, с – экспериментальные коэффициенты, берутся из таблицы 2.1

Таблица 2.1

Коэффициенты	Бензиновые двигатели	Дизели
а	1,0	0,5
в	1,0	1,5
с	1,0	1,0

n_v – текущая частота вращения коленчатого вала;

n_p – частота вращения коленчатого вала, соответствующая максимальной мощности двигателя.

Задаваться величиной частоты вращения n_v необходимо из расчета, чтобы отношение было кратным 10, т.е. = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; …;1,0.

При этом необходимо учитывать минимально допустимые значения частоты вращения:

n_vmin = 450…600 мин^-1 – для дизелей

n_vmin = 150…250 мин^-1 – для карбюраторных двигателей.

Текущее значение крутящего момента двигателя Т_е определяется:

Т_е = (2.9)

Полученные численные значения мощности и крутящего момента в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя рекомендуется сводить в таблицу и по данным этой таблицы строить внешнюю скоростную характеристику двигателя.

Подбор двигателя для проектируемой машины заключается указанием марки двигателя из ряда двигателей, выпускаемых заводами, по своим параметрам близким к рассчитываемому.