0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что является тяговым двигателем

Тяговая сила и тяговая характеристика автомобиля. Тяговой силой называется отношение крутящего момента на полуосях к радиусу ведущих колес автомобиля

Тяговой силой называется отношение крутящего момента на полуосях к радиусу ведущих колес автомобиля. Это толкающая автомобиль сила, которая передается от ведущих колес к несущей системе (рама, кузов). При увеличении тяговой силы на ведущих колесах автомобиль может развивать большие ускорения, преодолевать более крутые подъемы, буксировать прицепы большей массы и иметь лучшие тягово-скоростные свойства.

Тяговая сила определяется экспериментально при испытаниях автомобиля или расчетным путем с использованием внешней скоростной характеристики двигателя по формуле:

(2.6)

Из выражения (2.6) следует, что максимальное значение тяговой силы ограничено максимальными значениями момента двигателя Меи передаточного числа трансмиссии uт. Тяговая сила ограничена также вследствие действия силы сцепления между ведущими колесами и дорогой.

Изменение тяговой силы на ведущих колесах показывает тяговая характеристика автомобиля – зависимость тяговой силы от скорости движения на различных передачах.

Характер изменения тяговой силы на ведущих колесах зависит от типа коробки передач (рис. 2.3). Механическая ступенчатая коробка передач обеспечивает ступенчатое изменение тяговой силы (рис.2.3,а). Бесступенчатая – плавное (рис. 2.3, б), а гидромеханическая – и плавное, и ступенчатое (рис. 2.3, в).

В трансмиссии полноприводных автомобилей, тяжелых грузовых автомобилей и автомобилей-тягачей, работающих с прицепами и полуприцепами, кроме основной устанавливают еще и дополнительные коробки передач (делитель, демультипликатор или раздаточную коробку).

Они позволяют улучшить тягово-скоростные свойства, повысить проходимость и топливную экономичность автомобиля.

а б в

Рисунок 2.3 – Тяговые характеристики автомобилей со ступенчатой коробкой передач (а), с бесступенчатой (б) и гидромеханической коробкой передач (в)

Делитель (мультипликатор) представляет собой повышающую коробку передач. Он устанавливается перед основной коробкой передач и увеличивает число ее передач в 2 раза. Обычно он имеет две передачи: прямую с передаточным числом u = 1и повышающую с (u 1).

Раздаточная коробка представляет собой понижающую коробку передач. Она устанавливается в трансмиссии полноприводных автомобилей и увеличивает передаточные числа и количество передач коробки передач.

У автомобилей со всеми ведущими колесами раздаточная коробка выполняет функции демультипликатора.

Раздел 3 Выбор тягового двигателя

Выбор потребной мощности тягового двигателя является одним из наиболее ответственных этапов тягового расчета троллейбуса. При повышенной мощности тягового двигателя улучшаются динамические качества троллейбуса, возрастает средняя скорость движения, но увеличиваются габариты и масса тягового двигателя, размеры трансмиссии, что влияет на стоимость изготовления троллейбуса. При недостаточной мощности тягового двигателя троллейбус, обладая низкими тягово-скоростными свойствами, будет создавать помехи для более скоростных видов транспорта, движущихся в общем транспортном потоке. При этом, чем хуже тягово-скоростные свойства троллейбуса и чем больше его габариты и масса, тем больше он создает помех в транспортном потоке и уменьшает эффективность пассажирских перевозок. Выбор двигателя производится в два этапа:

1) Предварительный расчет.

Потребную максимальную мощность Рмах (кВт) тягового двигателя определяют из уравнения тягового баланса троллейбуса, имеющего полную массу m(т), учитывая, что при установившемся движении с максимальной скоростью VMAX (км/ч) при заданном дорожном сопротивлении уд его ускорение равно нулю:

где -плотность воздуха, кг/м 3 ;

g — ускорение свободного падения, g = 9,806665 м/с 2 .

Кв — коэффициент обтекаемости;

Ав — площадь лобовой поверхности троллейбуса (площадь Миделя), м 2 ;

Vmax — максимальная скорость движения троллейбуса, км/ч;

— коэффициент полезного действия трансмиссии;

m — полная масса троллейбуса, кг;

коэффициент дорожного сопротивления.

Рассчитанную мощность сравнивают с мощностью тяговых двигателей троллейбусов — аналогов. По итогам анализа, делают заключение о правильности расчета мощности тягового двигателя и возможности его установки на троллейбус.

По определенной мощности Рмах выбирается тяговый двигатель из числа выпускаемых промышленностью, имеющий мощность, близкую к требуемой, желательно наиболее высокооборотный, но в то же время обеспечивающий нормальную величину передаточного числа ведущего моста iм. Передаточное число моста выбирается по условиям движения троллейбуса на максимальной скорости:

где — расчётный радиус ведущего колеса, м.

— максимальная частота вращения тягового двигателя, об/мин.

В процессе расчета уточняются параметры выбранною тягового электродвигателя и проверяется ею работоспособность в наиболее тяжёлых условиях. Для проверки режимов работы удобно пользоваться динамической характеристикой троллейбуса с выбранным тяговым двигателем. Для её построения необходимо иметь величины КПД тягового двигателя и всех узлов трансмиссии .

Читать еще:  Электрический двигатель простейшая схема

Таблица 3.1 – Усреднённый коэффициент сопротивления качению

Коэффициент сопротивления качению, f

Таблица 3.2 – Коэффициент продольной аэродинамической силы и коэффициент

обтекаемости для различных автомобилей

Автомобильсхкв
Грузовой
Бортовой0,090. 1,150,5. 0,7
С кузовом фургон0,8. 1,00,5. 0,6
Автопоезд1,4. 1,550,85. 0,95
Автобус
Капотной компоновки0,75. 0,90.45. 0.55
Вагонной компоновки0,6. 0,750,3 5. 0,45

Проверочный расчет. В процессе этого расчета уточняются параметры выб­ранного тягового электродвигателя и проверяется его работоспособность в наиболее тяжелых условиях. Для проверки режимов работы удобно пользоваться динамической характеристикой троллейбуса (графическое изображение зависимости динамического фактора от скорости ) с выбранным тяговым двигателем. Для ее построения необходимо иметь величины КПД тягового двигателя и всех узлов трансмиссии

КПД тягового двигателя определяется по графику, зависимость необходимо построить. Делается это следующим образом. В каталоге, по которому выбирался тяговый электродвигатель, приведены зависимости КПД от частоты вращения. Так как передаточное число моста и расчетный радиус колеса известны, строится график . На него наносится кривая изменения силы тока , или напряжения в зависимости от электрической схемы.

Коэффициент полезного действия трансмиссии характеризует потери мощности в трансмиссии и равен произведению коэффициентов полезного действия ее механизмов (карданная передача, механизмы ведущего моста):

Для проектных расчетов рекомендуются следующие значения КПД отдель­ных механизмов трансмиссии: карданного шарнира = 0,995; главной передачи = 0,93. 0,97; колесной передачи (редуктора) 0,96. 0,98.

Для проверки работоспособности тягового электродвигателя на динамической характеристике (рис. 3.1) берутся точки, соответствующие наиболее характерным режимам работы троллейбуса. К таким режимам относятся:

— движение с максимальной скоростью;

— движение с минимальной скоростью.

Рассмотрим каждый режим работы троллейбуса отдельности.

Режиму максимальной скорости соответствует минимальный динамический фактор = 0,05. Тяговый двигатель в этом случае работает при максимальной частоте вращения и развивает D, при этом минимальный крутящий момент, который может быть определен по формуле:

,

где — расчётный радиус ведущего колеса, м;

— передаточное число моста;

— кпд трансмиссии.

Зная крутящий момент двигателя и частоту вращения его вала по характеристикам тягового электродвигателя определяют величины: КПД двигателя , потребляемую величину тока или напряжения .

Минимальная скорость движения , как правило, используется при преодолении троллейбусом максимального сопротивления. Последнее имеет место при движении на подъем с углом уклона до 20° . В этом случае величина динамического фактора максимальна и составляет Dmax = 0,4. 0,5. Отметив на динамической характеристике эту точку, для нее, как и для первого режима, находят все необходимые оценочные параметры. На этом режиме допускается некоторая перегрузка тягового двигателя. В связи с тем, что характеристика тягового электродвигателя является основой для расчета параметров движения троллейбуса, рассмотрим более подробно расчет характеристик тяговых электродвигателей с различными способами возбуждения и требования к ним.

Рисунок 3.1 Динамическая характеристика троллейбуса с характерными точками

Выбранный двигатель удовлетворяет требованиям, если выполняется условие:

,

где — номинальная частота вращения двигателя, об/мин.

ГЛАВА 9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯГОВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТРАКТОРА

На базе разработанных теоретических основ, результатов моделирования и экспериментальных исследований рассмотрим вопрос о номинальном тяговом усилии промышленного трактора, которое является основой классификации тракторов в нашей стране и в ряде зарубежных стран — членов СЭВ.

Номинальное тяговое усилие характеризуется как усилие, отвечающее наивысшей эффективности агрегата в типичных, наиболее распространенных условиях. Такое тяговое усилие определяется по потенциальной тяговой характеристике (на практике по огибающей) и ограничивается регламентируемым значением буксования.

Для сельскохозяйственных тракторов номинальное тяговое усилие несколько превышает тяговое усилие, соответствующее максимальному тяговому КПД трактора (тьШах)- При номинальном тяговом усилии тяговый КПД т]т =0,97г|ттах, а буксование составляет 3 % для гусеничных тракторов и 14—16 % для колесных в зависимости от колесной формулы [15].

Определение номинального тягового усилия промышленного трактора на той же методической базе возможно при решении двух задач: обоснования тягового усилия, соответствующего наивысшей эффективности агрегата, и регламентации типичных грунтового фона и значения сцепного веса.

Решение первой задачи реально возможно на базе определения тягового усилия, соответствующего максимальному ЧЭПП, при условии, что тяговое усилие принято постоянным

Предложенный расчетный метод определения номинального тягового усилия [23] в принципе удовлетворяет необходимым требованиям и может служить достаточно объективной характеристикой трактора. Однако при определении номинального тягового усилия реальных тракторов, в том числе экспериментальным путем, при использовании метода, аналогичного расчетному, возникает р.яд трудностей.

Читать еще:  Шумная работа двигателя на газу

Первая трудность связана с тем, что масса оборудования колеблется в некоторых пределах, что влечет за собой изменение номинального тягового усилия для базового трактора, агрегатируемого с различными видами оборудования. Вторая — касается невозможности учесть нестабильность физических свойств типичного грунта, на котором испытывается трактор.

Обе эти трудности пытаются решить путем испытаний трактора без оборудования и на грунте, обеспечивающем наивысшие сцепные свойства машины. При таком грунте можно получить достаточно высокую стабильность показателей и обеспечить максимальный коэффициент (1—1,05) сцепления по тяговому усилию на крюке.

В связи с изложенным при экспериментальном методе определения номинальное тяговое усилие предложено принимать равным максимальному тяговому усилию Ркр. max по сцеплению, полученному при тяговых испытаниях трактора на глинистом грунте и эксплуатационной массе трактора тт.

Эксплуатационная масса промышленного трактора состоит из конструктивной массы в основной комплектации с полностью заправленными емкостями (топливом, маслом, охлаждающей и рабочей жидкостями, смазочными материалами), массы ЗИПа, водителя и соответственно дополнительного оборудования (защитное устройство кабины, кондиционер, огнетушитель, вентилятор и др.)

Основной комплектацией для гусеничного промышленного трактора общего назначения является: трактор с двумя гидроцилиндрами, расположенными спереди и обеспечивающими навеску и работу бульдозерного оборудования.

Аналогично за номинальное тяговое усилие Ркр.п колесного промышленного трактора при экспериментальном методе определения принимают долю максимального тягового усилия РкраШк по тяговой характеристике трактора, полученной при тяговых испытаниях трактора на глинистом треке при агрегатировании трактора без оборудования с эксплуатационной массой тТУ Ркр,в = = 0,9Ркртах; либо трактора в агрегате с фронтальным ковшовым погрузчиком с эксплуатационной массой тау Ркр> н = 0,65Якргаах. Далее необходимо рассмотреть сочетание номинального тягового усилия и скорости рабочего хода.

При этом средние рабочие скорости будут выше, чем скорость при нохминальном тяговом усилии. При достигнутой энергонасыщенности трактора с ГМТ в агрегате с бульдозером н рыхлителем (5,9 кВт на 1 т массы агрегата), на грунте с фкртах = 0,85 при номинальном тяговом усилии он имеет действительную скорость около 1,5 км/ч, а теоретическую 1,6—1,8 км/ч (см. тяговые характеристики, приведенные выше), в то время как скорость при тяговой нагрузке, равной, например, половине сцепного веса, составляет 1,7—2,7 км/ч.

Для зарубежных тракторов с МТ, по данным фирм-изготовителей, скорости на I передаче в точке максимальной мощности двигателя при тяговом усилии, численно равном сцепному весу собственно трактора, составляют 2,3—2,7 км/ч. Эти скорости являются расчетными и получены при следующих условиях: буксование равно нулю, т. е. приводятся значения теоретической, а не действительной скорости; сопротивление передвижению принимается для трактора без оборудования, а коэффициент сопротивления передвижению при этом примерно в 2 раза ниже, чем принимаемый обычно в теории трактора (зарубежные фирмы принимают обычно /с =0,03-7-0,04).

Таким образом, скорости при номинальном тяговом усилии, равном сцепному весу трактора с МТ, будут меньше, чем указываемые в характеристиках, хотя это отличие (в связи с тем, что тяговый КПД трактора с МТ примерно на 10 % больше, чем трактора с ГМТ) будет не таким существенным, как в случае с ГМТ.

Обоснованное номинальное тяговое усилие для гусеничных тракторов общего назначения близко к весу трактора, а для колесного является его долей, для промышленных тракторов понятие номинального тягового усилия является условным, поэтому классификация тракторов просто и четко может осуществляться по их массе или весу.

1.4. Тяговая работа и тяговый кпд гтд прямой реакции

Различные типы ГТД выполняют различные функции: тепловой машины и движителя, тепловой машины и частично движителя и только тепловой машины.

Функция ГТД как тепловой машины заключается в преобразовании химической энергии топлива, выделяющейся при его сгорании в камере сгорания, в механические виды энергии, а именно: у ГТД прямой реакции (ТРД и ТРДД) – в приращение кинетической энергии газового потока, проходящего через двигатель; в ГТД непрямой реакции (ТВД и ТВВД) – в механическую работу на валу винта и частично в приращение кинетической энергии газового потока, а в вертолетных ГТД (которые также являются ГТД непрямой реакции) и вспомогательных газотурбинных установках – в механическую работу на валу винта или другого потребителя.

Читать еще:  Эл двигатель лифта для чего

Движителем является элемент силовой установки, создающий тягу для перемещения летательного аппарата.

В силовой установке с ГТД прямой реакции такой элемент выделить невозможно, т. к. двигатель такого типа в целом совмещает в себе и функцию тепловой машины, и функцию движителя. Функция ГТД прямой реакции как движителя заключается в преобразовании кинетической энергии газового потока, проходящего через двигатель, в силу тяги, которая при движении самолета производит работу, называемую тяговой работой Lтяг.

В силовой установке с ГТД непрямой реакции (ТВД и ТВВД) функцию движителя ГТД выполняет лишь частично, т. к. движителем в такой силовой установке в основном является воздушный винт.

В вертолетных силовых установках функцию движителя полностью выполняет несущий винт.

Тяговой работойназывается работа силы тяги двигателя, затрачиваемая на перемещение летательного аппарата, т. е. произведение тяги двигателя на путь, пройденный летательным аппаратом за одну секунду (т.е. на скорость полетаV). Для ТРДД в расчете на 1 кг воздуха, проходящего через внутренний контур двигателя, получим

.

Тяговым КПД двигателя называется отношение тяговой работы к работе двигателя как тепловой машины, т. е.

. (1.9)

Тяговый КПД характеризует эффективность преобразования работы двигателя как тепловой машины в тяговою работу двигателя при перемещении летательного аппарата.

Подставив в выражение (1.9) значение Lтм=Lц=для ТРД, получим

.

Таким образом, тяговый КПД ТРД показывает, какая часть кинетической энергии, приобретенной потоком газа в двигателе, преобразуется в тяговую работу. Иными словами, он характеризует совершенство ТРД как движителя, т. е. устройства, предназначенного для создания тяги.

Установим, какие потери оценивает тяговый КПД ТРД. Так как

,

то для потерь, учитываемых ηтяг, получим

.

Разность (ссV) – является скоростью газа, покинувшего двигатель, относительно неподвижного атмосферного воздуха, поэтомуLц– Lтяг= (ссV) 2 /2 есть кинетическая энергия этого потока.

Таким образом, в ТРД не вся кинетическая энергия потока газа, прошедшего через двигатель, преобразуется в тяговую работу. Часть ее (ссV) 2 /2 теряется с выходящим газом в атмосфере, что и оценивает тяговый КПД. Эти потери называютпотерями с выходной скоростью.

Так как для ТРД

Lтм=Lц=, а,

то для ηтягполучим следующее выражение

. (1.10) *

Рис.1.12. Зависимость и

от скорости полета

Таким образом, тяговый КПД ГТД прямой реакции зависит от отношения скорости истечения газа из двигателя к скорости полета. С уменьшением этого отношения тяговый КПД возрастает, т. к. снижается разность (ссV), а значит и величина кинетической энергии потока (ссV) 2 /2, теряемой с выходящими газами в атмосфере.

На рис. 1.12 представлена качественная зависимость тягового КПД от скорости полета. При V = 0, т. е. когда двигатель работает на месте, тяговый КПД равен нулю, т. к. из-за отсутствия перемещения самолета работа силы тяги равна нулю. Значит, вся кинетическая энергия газа на выходе из двигателя является неиспользованной (потерянной). При увеличении скорости полета разность (ссV) снижается из-за более интенсивного увеличения скорости полета посравнению со скоростью истечения газов сс. Это приводит к снижению потерь с выходной скоростью, а следовательно, к повышению тягового КПД. Но удельная тяга Pуд=(ccV) при этом снижается. Как будет показано ниже, при некоторойскорости полета V = Vмах скорость истечения газов становится равной скорости полета. При этой скорости полета потери с выходной скоростью отсутствуют и тяговый КПД достигает максимального значения, равного единице. Но удельная тяга, а значит, и тяга становятся равными нулю. Поэтому полезная работа силы тяги превращается в нуль, т. е. происходит «вырождение» двигателя.

В зависимости от типа ГТД прямой реакции и режима полета самолета тяговый КПД может изменяться в широких пределах. Его значение в условиях полета обычно не превышает 0,6…0,7. Из формулы (1.10) видно, что повышение тягового КПД возможно за счет снижения скорости истечения газов cc. Как будет показано ниже, это может быть достигнуто за счет применения двухконтурных турбореактивных двигателей. У этих двигателей при тех же параметрах цикла, что и водноконтурных ТРД, скорость истечения газов ниже, поэтому тяговый КПД выше.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector