Что понимается под запасом крутящего момента двигателя

22

«Автомобильные двигатели»

7. Характеристики автомобильных двигателей. Внешние и частичные скоростные характеристики карбюраторного и дизельного двигателей. Коэффициент запаса крутящего момента.

Для оценки мощностных и экономических показателей двигателя при его работе в различных условиях пользуются характеристиками двигателя.

Характеристикой двигателя называется зависимость основных показателей его работы (мощности, крутящего момента, расхода топлива) от одного из параметров режима работы (частоты вращения коленчатого вала, нагрузки и др.).

Основные характеристики автомобильных двигателей определяются ГОСТ 14846-81 «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний».

Скоростная характеристика двигателя представляет собой графическую зависимость основных эффективных показателей его работы Р_е , М_е, G_Т и g_e от частоты вращения коленчатого вала при постоянном положении дроссельной заслонки (или рейки топливного насоса) и установившемся тепловом состоянии.

Скоростная характеристика, полученная при полной подаче топлива (полностью открытая дроссельная заслонка или соответствующее положение рейки топливного насоса дизеля) и углах опережения зажигания или начала впрыскивания топлива по техническим условиям на двигатель, называется внешней характеристикой двигателя.

Характеристики, соответствующие постоянным промежуточным положениям дроссельной заслонки или рейки топливного насоса, называются частичными скоростными характеристиками двигателя.

Внешние скоростные характеристики карбюраторного двигателя и дизеля приведены соответственно на Рис. 11.1.

Скоростную характеристику реального двигателя строят по результатам стендовых испытаний. Вал работающего двигателя нагружают с помощью тормоза, обеспечивая фиксирование частоты вращения от минимально устойчивой до максимально допустимой. При этом на каждой частоте замеряют тормозной момент М_Т в Нм и часовой расход топлива в кг/ч. По результатам испытаний строят кривые зависимости эффективного крутящего момента (Ме = М_Т) и часового расхода топлива G_T от частоты вращения вала двигателя n. Для построения графиков эффективной мощности P_e и удельного расхода топлива g_e используют формулы:

P_e = n M_e / 9550, кВт;

g_e = G_T / P_e, кг/кВт ч

где n, мин -1 ; M_e, Нм.

Характер кривой M_e обусловлен изменением среднего эффективного давления p_e. При полной подаче топлива наибольшее давление p_e, а значит, и наибольшее значение M_e получают при средних частотах вращения коленчатого вала. С понижением и повышением частоты величина p_e уменьшается вследствие ухудшения газообмена, а также больших потерь: тепловых при низких частотах вращения и механических при высоких.

Характер кривой P_e скоростной характеристики обусловливается тем, что эффективная мощность прямо пропорциональна не только давлению p_e, но и частоте вращения n. Мощность P_e возрастает до тех пор, пока увеличение частоты вращения компенсирует падение p_e.

На скоростной характеристике различают следующие частоты вращения коленчатого вала:

n_min – минимальная частота вращения, при которой возможна устойчивая работа двигателя при полной подаче топлива;

n_M – частота вращения, соответствующая максимальному крутящему моменту;

n_P – частота вращения, соответствующая максимальной мощности двигателя;

n_max – максимально возможная частота вращения коленчатого вала, устанавливаемая ограничителем (карбюраторный двигатель) или регулятором частоты вращения (дизель).

На скоростной характеристике дизеля (см. Рис. 11.1) в интервале частот вращения n_P – n_max показаны регуляторные ветви характеристики.

Приспособляемость двигателя к изменению нагрузки оценивается с помощью коэффициента приспособляемости:

k = M_{e max /} M_eP ,

или коэффициента запаса крутящего момента:

μ = (M_{e max} – M_eP ) 100% / M_eP

В карбюраторных двигателях k = 1,25. 1,35, в дизелях – 1,05. 1.2. Коэффициент приспособляемости характеризует способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки без переключения передач.

запас крутящего момента-это? я примерно понимаю что это, но можно поподробнее

Пусть двигатель выдаёт Х ньютоно-метров. Для движения нужно У ньютоно-метров.
Х-У=запас крутящего момента.

проще говоря-на сколько долго тебя прижимает в сиденье со старта

нет такого запаса, есть просто крутящий момент это время за которое ваш авто может набрать ту мощьность которую он выдаёт согласно завода

Что такое коэффициент запаса крутящего момента двигателя?

. стоит лошадиная сила. Сравнение популярных моделей двигателей. .
Важным параметром двигателя, который позволяет оценить стойкость его режима при работе по внешней скоростной характеристике, является коэффициент приспособленности (запас крутящего момента) .
www.agrodvigatel.ru/sravnenie_dvigateley_jamz_i_mmz.html

. на ЭВМ графические зависимости изменения параметров двигателя. .
м – механический КПД двигателя. Эффективный крутящий момент (2). Удельный эффективный расход топлива (3) ^. Коэффициент запаса крутящего момента. (4).
do2.gendocs.ru/docs/index-396875.html

Федеральное агентство по образованию
Скоростной характеристикой карбюраторного двигателя называется зависимость мощности Ne, крутящего момента Me, часового Gт и удельного ge расходов топлива, а также других показателей работы двигателя от
window.edu.ru/resource/627/18627/files/AutoMtd17.pdf

Китайские автомобили — описание — автомобил б у
10. Что такое коэффициент запаса крутящего момента двигателя и коэффициент приспо- собляемости двигателя по частоте вращения коленчатого вала, каковы их значения?
7770203.ru/media/40

. режима работы и запас крутящего момента автомобильного двигателя
Устойчивость режима автомобильного двигателя оценивают по запасу крутящего момента, который определяется отношением максимального
www.maestria.ru/harakteristiki-i-ustoychivost-rezhima-rabotyi-avtomo/ustoychivost-rezhima-rabotyi-i-zapas-krutyaschego-momenta-avtomobilnogo-dvigatelya.html

Устойчивость режима работы и запас крутящего момента двигателя
Устойчивость режима автомобильного двигателя оценивают по запасу крутящего момента, который определяется отношением максимального крутящего момента к крутящему моменту, развиваемому двигателем на номинальном режиме; это отношение называют коэффициентом. .
ga-avto.ru/dvigateli/50.html

ТРАНСПОРТ
ТРАНСПОРТ ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ С БОЛЬШИМ ЗАПАСОМ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА Д. Д. Матиевский, А. Е. Свистула Корректорная ветвь скоростной характеристики двигателя с большим коэффициентом запаса крутящего. .
elib.altstu.ru/elib/books/Files/pv2003_1_2/pdf/078Matievstiy.pdf

. на ЭВМ графические зависимости изменения параметров двигателя. .
Удельный эффективный расход топлива (3) ^. Коэффициент запаса крутящего момента. (4).
rudocs.___________exdat.____________com/docs/index-81110.___________html

Определение ведущего момента и касательной силы тяги «по двигателю
Коэффициент запаса крутящего момента двигателя Коэффициент приспособляемости двигателя по крутящему моменту ^-Мктах/Ми=1,0. 1,2. Коэффициент приспособляемости двигателя по частоте вращения коленчатого вала k0=nH/n0.
reklama78.ru/traktora-i-zapasnye-chasti-k-nim/osnovnye-sootnosheniya-sistemy-traktor/opredelenie-veducshego-momenta-i-kasatelnoj-sily-tyagi-lpo-dvigatelyu.html

Расчет муфты сцепления
кМ — коэффициент запаса крутящего момента двигателя; rк — радиус ведущего колеса двигателя
knowledge._____________allbest.____________ru/manufacture/3c0a65635a3ac78a5d43b89521206c27_0.html

Обоснование параметров двигателя

Характеристика двигателя. Особенность работы трактора состоит в том, что нагрузка на двигатель изменяется в широких пределах и на каждом нагрузочном режиме она носит переменный характер. Для таких условий работы двигатель должен обладать такой характеристикой, при которой использование его энергии будет достаточно полным независимо от скоростного и нагрузочного режимов, т.е. при переходе двигателя с одного нагрузочного (по моменту) режима на другой его мощность должна сохраняться постоянной или меняться незначительно. Это обеспечит трактору высокую производительность и топливную экономичность на любом скоростном и нагрузочном режиме.

Так как мощность равна произведению момента двигателя М_к на угловую скорость коленчатого вала со_д, то характеристика идеального тракторного двигателя аналитически может быть выражена зависимостью

Следовательно, в идеальном случае двигатель должен обладать свойством автоматического изменения угловой скорости вала в соответствии с колебанием момента сопротивления по закону выражения (243). При повышении нагрузки должен увеличиться момент двигателя и снизиться частота вращения коленчатого вала. При снижении нагрузки режим работы двигателя должен автоматически измениться в обратном порядке.

Графическая интерпретация такой характеристики двигателя представлена на рис. 241. Она позволяет обойтись без коробки пере-

Рис. 241. Скоростная характеристика двигателя постоянной мощности

дач, если тяговый диапазон трактора перекрывается диапазоном крутящего момента двигателя М _<— М₂ в пределах его характеристики.

При работе с небольшой нагрузкой уменьшение мощности и момента может быть достигнуто за счет снижения подачи топлива. Тогда двигатель будет работать на частичном нагрузочном режиме и зависимости М’_к =/<сОд) и N’_e =f(M_K) расположатся ниже тех, что соответствуют работе на полном нагрузочном режиме.

Характеристикой постоянной мощности обладают паровые поршневые машины и некоторые типы электродвигателей. Паровую машину не применяют в качестве тракторного и автомобильного двигателя из-за низкого КПД, высокой материалоемкости, больших размеров. Электрическая трансмиссия применялась на одном из промышленных тракторов (ДЭТ-250) Челябинского тракторного завода. Однако ввиду автономности энергетической установки трактора вследствие применения двигателя внутреннего сгорания электродвигатель служит не источником энергии, а элементом трансмиссии.

Характеристику, соответствующую требованиям, предъявляемым к тракторным энергетическим установкам, имеет газотурбинный двигатель (ГТД). Он устойчиво работает во всем диапазоне частоты вращения вала турбины, включая полное торможение (рис. 242), обладает высокой долговечностью.

Рабочий диапазон (cOj — со₂) ГТД выбирают в зоне максимальной мощности, ограничивая его максимальной угловой скоростью cOj из условий прочности и минимальной со₂ — из условий топливной экономичности. При скоростях ниже со₂ сильно снижается КПД двигателя и увеличивается расход топлива. Отношение, характеризующее

Рис. 242. Скоростная характеристика газотурбинного двигателя

приспособленность двигателя к приему нагрузки, M₂/Mj = 2. 3. Это позволяет сократить число передач в коробке, упростить ее конструкцию, снизить габаритные размеры и массу.

Следует отметить также, что габаритные размеры и масса ГТД меньше, чем ДВС. Однако ГТД не применяют на тракторах и автомобилях из-за следующих недостатков: низкая топливная экономичность; высокая частота вращения вала двигателя, для понижения которой необходимо устанавливать габаритный и тяжелый редуктор; габаритные фильтры воздуха из-за большого его расхода; дорогие материалы для изготовления ответственных деталей двигателя.

На тракторах применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания — в основном дизели благодаря доступности используемых материалов, низкой удельной материалоемкости, компактности и высокому КПД.

Дизели тракторов оборудуют регуляторами скорости, которые формируют регуляторную характеристику, состоящую из двух участков. Характер регуляторной характеристики дизеля определяется требованиями согласования характеристик двигателя и ступенчатой трансмиссии трактора и не зависит от типа и конструкции регулятора. Так, в соответствии с требованиями агротехники необходимо поддерживать постоянной скорость движения МТА на гоне. Исходя из этого регулятор на линейном участке характеристики ав (см. рис. 52, а) от номинального режима до максимальных оборотов холостого хода под держивает постоянной скорость вращения вала двигателя независимо от изменения внешней нагрузки. При временной перегрузке двигатель переходит на корректорный участок, чтобы исключить переход на пониженную передачу.

Тип двигателя. На тракторах применяют в основном дизели благодаря их более высокой топливной экономичности по сравнению с бензиновыми двигателями. Наряду с этим, они обладают и другими достоинствами.

Трактор — тяговая и тихоходная машина. Следствием этого является реализация мощности двигателя на ведущих колесах машины в силу тяги, а не в скорость. Это вытекает из следующего соотношения:

где N_e — эффективная мощность двигателя; v_M — скорость машины; Г|_т — общий КПД машины с учетом потерь мощности в трансмиссии, на сопротивление качению и буксование.

Если рассмотреть движение автомобиля и трактора по бетонному треку, то можно принять КПД сопротивления качению и буксование одинаковыми. КПД трансмиссии трактора несколько ниже, чем КПД трансмиссии автомобиля. Тогда исходя из одинакового значения мощности двигателя N_e трактора и автомобиля и принимая средние эксплуатационные скорости движения автомобиля и трактора равными примерно 25 м/с (90 км/ч) и 2,5 м/с (9 км/ч) соответственно, получим, что соотношение сил тяги Р_кр, как и скоростей v_M, равно примерно 1:10. Следовательно, крутящий момент внешней нагрузки трактора также в 10 раз больше, чем крутящий момент, действующий на трансмиссию автомобиля. Это означает, что мощность от двигателя к ведущим колесам передается у автомобиля через высокую скорость при малом крутящем моменте, а у трактора — через высокий крутящий момент при малой скорости. Поэтому механическая трансмиссия трактора сложнее, тяжелее, дороже и обладает более низким КПД, чем механическая автомобильная. Чем выше передаточное число трансмиссии, тем она сложнее и тяжелее.

Чтобы несколько снизить отмеченные недостатки тракторной трансмиссии, необходимо уменьшить ее общее передаточное число /гр. Частично это достигается установкой на тракторы более тихоходных двигателей, чем двигатели автомобилей. Дополнительный эффект при этом проявляется в том, что повышаются динамические свойства трактора, он лучше преодолевает временные повышения силы сопротивления Р_кр, потому что мощность тихоходных двигателей реализуется в большей мере через крутящий момент, чем через угловую скорость вала двигателя. При одинаковой мощности N_e двигатель, обладающий большим крутящим моментом, является менее скоростным, и наоборот. Это видно из выражения (247).

Общепринятой практикой в мировом тракторостроении принято оснащать тракторы дизелями с номинальной скоростью вращения вала 180. 230 с -1 .

Камеры сгорания дизеля. Топливная экономичность и другие показатели работы дизеля зависят в первую очередь от организации рабочего процесса. Рассмотрим влияние типа камеры сгорания на основные показатели работы дизеля.

Как известно, камеры сгорания бывают однополостные и двуполостные (рис. 243). Однополостные камеры бывают: с объемным смесеобразованием; с объемно-пленочным смесеобразованием; с пленочным смесеобразованием.

В зависимости от типа камеры сгорания двигатели различаются топливной экономичностью и другими показателями работы, которые зависят от качества смесеобразования и факторов, влияющих на него. У дизеля с неразделенной камерой сгорания основным фактором, определяющим показатели его рабочего процесса, является ка-

Рис. 243. Типы камер смесеобразования и сгорания а — объемное смесеобразование; б — объемно-пленочное смесеобразование;

в — пленочное смесеобразование; г— вихревое смесеобразование;

7 — форсунка; 2 — топливный факел; 3 — вихревая камера; 4 — горловина; 5 — свеча; Б — надпоршневая часть камеры сгорания

чество распыливания топлива форсункой, а у двигателя с разделенной камерой сгорания — энергия воздушного вихря, который образуется в вихревой камере. Каждая из типов камер обладает своими достоинствами и недостатками в организации рабочего процесса двигателя, и их использование зависит от условий эксплуатации машины, на которой установлен двигатель. Рассмотрим эти особенности.

Двуполостные или разделенные камеры сгорания обладают более высокой организацией рабочего процесса по сравнению с однополостными или неразделенными. Энергия вихря в разделенной камере образуется благодаря динамичному перетеканию воздуха в конце такта сжатия из надпоршневого пространства 6 (рис. 243, г) в вихревую камеру 3 по касательной к ее поверхности. Эта энергия вихря мало зависит от скоростного режима работы двигателя и обеспечивает высокое качество смесеобразования, начиная от малых оборотов холостого хода (или перегрузки) и кончая номинальными оборотами при работе под нагрузкой. Поэтому на всех режимах работы у дизелей с двуполостными камерами происходит более полное сгорание топлива, их выхлопные газы менее токсичны. У них меньше жесткость работы, поэтому они менее шумные и более долговечные, чем дизели с непосредственным впрыском. Но двигатели с разделенной камерой менее экономичны по сравнению с двигателями с непосредственным впрыском топлива (рис. 243, а) по двум причинам. Во-первых, у них значительно больше общая площадь поверхности камеры сгорания, чем у двигателей с неразделенной камерой сгорания. Кроме того, стенки вихревой камеры 3, расположенной в головке блока цилиндров, омываются водой. Все это в комплексе приводит к дополнительной потере тепла от сгорания топлива по сравнению с неразделенными камерами. Во-вторых, смесеобразование в разделенных камерах сопровождается затратами энергии на двойное перетекание через узкую горловину 4 воздушного заряда из надпоршневого пространства в вихревую камеру и обратное перетекание смеси из вихревой камеры в надпоршневое пространство. Эти два фактора снижают индикаторный КПД рабочего процесса разделенных камер по сравнению с индикаторным КПД рабочего процесса неразделенных камер сгорания и удельный расход топлива. Кроме того, благодаря большей пощади поверхности разделенной камеры сгорания она медленнее прогревается при запуске, что значительно ухудшает запуск холодного дизеля с разделенной камерой по сравнению с дизелем, имеющим неразделенную камеру сгорания.

Качество смесеобразования у неразделенных камер зависит от тонкости распыла топлива форсункой, которая при обычной системе впрыска определяется скоростью плунжера топливного насоса высокого давления, т.е. зависит от скорости вращения коленчатого вала двигателя. Это значит, что экономичная работа дизеля с неразделенной камерой и объемным смесеобразованием возможна только в некоторой узкой зоне скоростного режима. Вследствие этого во всем эксплуатационном диапазоне скоростей вращения вала двигатель с такой камерой сгорания обладает более низкой средней экономичностью по сравнению с разделенной камерой.

Учитывая отмеченные особенности двух типов камер сгорания, целесообразно дизели с более экономичными неразделенными камерами применять на машинах, нагрузка и скоростной режим которых в течение рабочего времени длительно сохраняются постоянными, а работа на других режимах носит кратковременный и эпизодический характер. Для машин, работающих с изменением скоростного режима работы дизеля в широком диапазоне, используют разделенные камеры. Обладая большим удельным расходом топлива на единицу эффективной мощности по сравнению с этим показателем неразделенной камеры, они обеспечивают более высокую среднюю эксплуатационную топливную экономичность и экологические показатели по сравнению с неразделенными камерами сгорания.

Следует отметить, что применение системы топливоподачи типа Common Rail значительно повышает положительные свойства двигателей с однополостными камерами и устраняет недостатки, специфические для дизелей с традиционной системой топливоподачи. С применением этой системы качество распыла топлива повышается по сравнению с качеством распыла традиционной системой топливоподачи за счет двух факторов: оно не зависит от скоростного режима работы двигателя; давление начала впрыскивания существенно выше. Электронная система регулирования топливоподачи типа Common Rail, помимо отмеченного, повышает точность дозировки и момента подачи топлива.

На тракторных дизелях широко применяются камеры сгорания с объемно-пленочным и пленочным смесеобразованием (рис. 243, бив). По эффективным показателям дизели с такими камерами занимают промежуточное положение между показателями дизелей с вихревым и объемным смесеобразованием.

Коэффициент запаса крутящего момента. Корректорный запас крутящего момента ^ введен на тракторных двигателях с механическим центробежным регулятором скорости для того, чтобы преодолевать временное повышение силы сопротивления сельскохозяйственной машины без перехода на пониженную передачу, вызывающую остановку МТА и потерю технологического времени (см. раздел 1, гл. 2, п. 3.3). Поэтому запас крутящего момента тракторного двигателя устанавливается в зависимости от неравномерности тягового сопротивления, которое вызывает необходимость переключения передач. На основе опыта и обработки большого количества статистических данных по временным сопротивлениям, полученных при выполнении основных сельскохозяйственных операций в разных почвенно-климатических зонах страны, установлено, что колебания нагрузки на крюке трактора при выполнении энергоемких операций не превышают 20% от некоторого среднего значения. Поэтому была принята рекомендация установить, что тракторный дизель должен иметь запас крутящего момента не менее 15. 25%.

Запас крутящего момента по регуляторной характеристике может быть реализован зависимостями 1 и 2, изображенными на рис. 244, или промежуточными между ними. Рассмотрим достоинства и недостатки каждой из этих регулировок.

Рис. 244. Регуляторная характеристика с разными способами регулировки дизеля по запасу крутящего момента

Пологая зависимость М_к = Д (0 д) 1 (см. Р ис — 244) на корректорном участке регуляторной характеристики по сравнению с крутым 2 характером ее на регуляторном участке обладает следующими достонствами.

Снижение угловой скорости вала двигателя при максимальной перегрузке от со_н до со_м составляет 30. 40%. При механической трансмиссии, которой оснащены практически все сельскохозяйственные тракторы, скорость его поступательного движения и всего МТА снизится на такую же величину. В соответствии с характеристикой орудия, выражающей зависимость удельного сопротивления от скорости движения (рис. 245), общее сопротивление орудия при этом также снизится. Сочетание встречного снижения тяговой нагрузки с повышением крутящего момента двигателя позволяет более успешно, с меньшей затратой энергии преодолеть временное сопротивление, чем в случае, когда повышается только крутящий момент двигателя, а нагрузка не снижается.

Рис. 245. Зависимость изменения удельного сопротивления орудия от скорости его движения

Известно, что приращение удельной силы тягового сопротивления плуга составляет k_v = 2. 4% при повышении скорости его движения на 1 км/ч. Если принять закономерность изменения Р_кр =/(v_MTA) при снижении скорости пахоты такой же, как при ее повышении, то уменьшение скорости МТА с 9 км/ч на 30. 40% составит = 3 км/ч, а значение коэффициента k_v при переходе дизеля на корректорный участок характеристики — 6. 12%. Такое снижение тяговой нагрузки сопоставимо с минимально допустимым (15%) запасом крутящего момента.

Предельные значения приращения удельного сопротивления сельскохозяйственных машин при изменении скорости на 1 км/ч составляет от 1 до 8% в зависимости от типа машины и скоростного диапазона ее работы. Таким образом, принятая форма корректорного участка регуляторной характеристики и конкретные параметры функциональной зависимости М_к =Дсо_д) позволяют снизить временное повышение силы тягового сопротивления сельскохозяйственной машины за счет уменьшения скорости движения МТА на всех сельскохозяйственных операциях.

При настройке регуляторного участка по зависимости 2 (см. рис. 244) увеличению запаса крутящего момента сопутствует увеличение скорости вращения вала двигателя, что вызывает увеличение скорости движения МТА и сопротивления орудия.

Существенное снижение угловой скорости вала двигателя отсо_ндосо_м (см. рис. 244) для тракториста является признаком перегрузки двигателя. Снижение оборотов двигателя тракторист воспринимает на слух и повышает внимательность. При дальнейшем увеличении нагрузки он успевает переключить передачу. Если двигатель отрегулирован по характеристике 2 (см. рис. 244), то переход двигателя с номинального скоростного режима со_н на скоростной режим максимального крутящего момента со_м1 будет, во-первых, очень кратковременным и, во-вторых, не сопровождается снижением сопротивления орудия. Несмотря на то что величина запаса крутящего момента в обоих случаях настройки регулятора (7 и 2) одинакова, при настройке по варианту 2 тракторист не успеет своевременно перейти на пониженную передачу. Из-за высокой скоротечности повышения момента и отсутствия признаков этого (двигатель практически не снижает оборотов) он не почувствует изменения режима работы двигателя и увеличение нагрузки. Двигатель остановится, прежде чем тракторист успеет выжать сцепление. Об этом свидетельствуют результаты исследований и опыт эксплуатации.

Более высокий запас крутящего момента приближает тяговую характеристику трактора со ступенчатой трансмиссией к потенциальной тяговой характеристике (см. рис. 53, кривая II 1а). Это также способствует более полному использованию мощности двигателя. На рис. 246 приведены экспериментальные тяговые характеристики колесного трактора тягового класса 3 с двигателями, отрегулированными на запас крутящего момента 15% (рис. 246, а) и 39% (рис. 246, б). Сравнительные тяговые характеристики показывают, что повышение запаса крутящего момента существенно влияет на диапазон непрерывного регулирования силы тяги и скорости движения трактора на данной передаче. Зависимости всех показателей тяговой характеристики трактора с двигателем постоянной мощности более пологие.

Примем в качестве границ загрузки трактора по силе тяги Р_кр точки а и Ь, соответствующие тяговой мощности 60 кВт. На первой передаче тяговой характеристики трактора с разными двигателями им будут соответствовать точки а, Ь_< и а₂, Ь₂. Перепад сил тяги Ь _<— а_<, характеризующий работу трактора с тягой мощностью 60 кВт, составляет 18 кН, Ь₂ — а₂ — 32 кН. Таким образом, у трактора с двигателем постоянной мощности тяговый диапазон при тяговой мощности 60 кВт в 1,8 раза больше, чем у трактора с обычной регулировкой двигателя по запасу крутящего момента. По остальным передачам соотношение примерно такое же в пользу трактора с большим запасом крутящего момента. Эта особенность тяговой характеристики трактора с двигателями постоянной мощности способствует повышению производительности за счет форсирования двигателя по моменту с 15 до 39% и снижению расхода топлива на один га при выполнении работы на более экономичном — корректорном участке регуляторной характеристики. За счет более широкого тягового диапазона на одной передаче снижается количество переключений передач, благодаря чему увеличивается использование времени смены, характеризуемое коэффициентом т_см.

Рис. 246. Тяговые характеристики колесного трактора класса 3: а — двигатель отрегулирован на запас крутящего момента 15%; б — двигатель отрегулирован на запас крутящего момента 35%

С увеличением запаса крутящего момента повышается коэффициент возможной загрузки двигателя %_д, достигая единицы.

Известно, что при к_м = 1,15. 1,25 коэффициент возможной загрузки двигателя составляет %_д = 0,85. 0,9, чтобы предотвратить чрезмерный переход дизеля на корректорный участок работы вследствие переменной нагрузки. При более высоком запасе крутящего момента на корректорном участке регуляторной характеристики в пределах от номинального режима до режима максимального момента со_н — со_м можно добиться такой зависимости М_К =/(со_д), чтобы обеспечивалась характеристика примерно постоянной мощности: N_e = const. Этот участок характеристики в литературе получил название «полки постоянной мощности», а дизели с такой характеристикой называют двигателями постоянной мощности.

Условием получения полки постоянной мощности является равенство мощности номинальному ее значению в любой точке характеристики на участке со_н — со_м, включая крайние точки:

где N_H3, N_M — номинальная мощность и мощность, соответствующая максимальному моменту.

Если обе части этого выражения разделить на Л/_ню_н, то получим

где к_м и к_ш — коэффициенты приемистости двигателя по моменту и по оборотам:

Современные двигатели, обладающие коэффициентом приемистости по моменту к_м = 1,45 при к_ш = 0,7, отвечают требованиям выражения (244): 1,45 ? 0,7 = 1.

Корректорному участку со_н — со_м соответствует наиболее низкий удельный расход топлива^, поэтому работа двигателя в таком режиме отличается более высокой топливной экономичностью, чем работа на линейном участке регуляторной характеристики.

В процессе испытаний тракторов с такими двигателями, проведенных Государственным научно-исследовательским тракторным институтом (НАТИ), выявлены следующие преимущества: производительность выше на 6. 8%; погектарный расход топлива ниже на 6. 8%.

Таким образом, двигатели постоянной мощности, обладающие запасом крутящего момента 40. 45%, могут работать на корректорной ветви регуляторной характеристики с коэффициентом возможной загрузки двигателя %_д > 1. Однако работа только на корректорной ветви регуляторной характеристики, обладая отмеченными выше достоинствами, происходит при более низкой скорости МТА, чем при работе двигателя на регуляторном участке. При этом скорость движения МТА не может поддерживаться такой же постоянной, как при работе двигателя на линейном участке регуляторной характеристики, который, собственно, и служит этой цели. Кроме того, двигатель по параметрам рабочего процесса и по механической нагрузке должен быть рассчитан на длительную работу в эксплуатации при нагрузке моментом, превышающим номинальный почти в 1,5 раза. Это требование распространяется и на трансмиссию трактора.

Отмеченные достоинства регулировки тракторного двигателя на большой запас крутящего момента могут быть реализованы главным образом на тракторах общего назначения, работающих, как правило, с высокой тяговой нагрузкой. Оснащение универсально-пропашных тракторов форсированными двигателями постоянной мощности менее актуально, хотя повышенный запас крутящего момента двигателя, несомненно, скажется положительно на их тягово-динамических свойствах.

Коэффициент возможного использования мощности k_N(l) также зависит от коэффициента запаса крутящего момента и оказывает существенное влияние на тягово-динамическую характеристику трактора. Чем больше запас крутящего момента, тем больше «выравнивается» нелинейность регуляторной характеристики, приближаясь к линейному виду (рис. 247, а и б). При этом повышается коэффициент использования мощности k_N двигателя, потому что с увеличением запаса крутящего момента уменьшается недоиспользованная мощность N_H (70).

На рис. 247 представлены статические регуляторные характеристики, совмещенные с динамическими регуляторными характеристиками дизеля, полученные компьютерным расчетом при разном коэффициенте приемистости к_м двигателя. Анализ характеристик показывает, что с увеличением запаса крутящего момент с 15% (рис. 247, а) до 45% (рис. 247, б) коэффициент возможного использования мощности k_N (71) при номинальном режиме (со_д = 240 с -1 ) повысился с 0,88 до 0,93. В то же время графики максимальных значений мощности при статическом и динамическом нагружении дизеля при более высоком запасе крутящего момента практически соединились в один на корректорном участке. Графики на регуляторной характеристике с корректорным запасом крутящего момента 15% существенно расслоились. Из этого следует, что динамическая система регулирования с малым запасом крутящего момента хуже приспособлена к работе в условиях динамических нагрузок. Она практически непригодна. Регуляторная характеристика при коэффициенте приемистости к_м = 1,45 более благоприятна для формирования тяговой характеристики трактора, чем динамическая регуляторная характеристика при коэффициенте приемистости Л:_м = 1,15.

Характерно отметить, что при к_и = 1,45 корректорный участок носит не линейный, как принято считать (его принято называть «полка мощности»), а выпуклый характер и принимает значение номинальной мощности в двух точках, соответствующих скоростному режиму работы дизеля со_д = 240 с -1 и со_д = 175 с -1 . При этом коэффициент приемистости по угловой скорости достигает к_ы = 130/240 = = 0,54. Максимальное значение мощности, равное примерно 74 кВт при (о_д = 210 с- 1 , превышает номинальную мощность на 4 кВт. Это объясняется тем, что запас крутящего момента, равный 45%, достигнут за счет форсирования двигателя по среднему эффективному давлению р_е по сравнению с уровнем форсирования дизеля, имеющего запас крутящего момента 1,15%.

Приведенные показатели свидетельствуют о том, что трактор с двигателем, обладающим высоким запасом крутящего момента, способен преодолевать высокие перегрузки без переключения передач.

Рис. 247. Статическая (7) и динамическая [2) регуляторные характеристика дизеля: а — двигатель отрегулирован на запас крутящего момента 15%; б — двигатель отрегулирован на запас крутящего момента 45%

Влияние параметров двигателя на показатели технологических свойств. На основании проведенного анализа конструктивных параметров и характеристик двигателя установлено их влияние на следующие единичные показатели технологических свойств мобильных энергетических средств:

• • удельный g_e (#_кр) и часовой G_T расход топлива;
• • коэффициент использования мощности k_N
• • коэффициент загрузки двигателя %_д.
• • коэффициент использования времени смены т_см.

Через эти единичные показатели запас крутящего момента оказывает влияние на обобщенные показатели производительности W_n и стоимости технологического процесса С_х.