Методика построения графика использования мощности автомобиля
Методика построения графика использования мощности автомобиля
Как было показано выше, обобщающими отчётными документами поверочного тягового расчёта, по которым производится оценка скоростных и тяговых свойств автомобиля, являются: тяговая характеристика (для машин с непрерывно-ступенчатыми трансмиссиями — тягово-экономическая характеристика), динамическая характеристика, график использования мощности двигателя и график разгона.
Тяговую и динамическую характеристики мы рассмотрели. Рассмотрим теперь график использования мощности.
Из теории автомобиля (1) мы знаем уравнение мощностей
(87)
сила тяга по двигателю в котором выражается формулой
(88)
где N’д — мощность, снимаемая с двигателя (мощность двигателя за вычетом потерь в моторной установке);
η — значения к.п.д. автомобиля (обычно берутся в пределах 0,75-0,92);
Vo — относительная скорость.
Из выражений (87) и (88) для равномерного движения получим
(89)
Из этой формулы следует, что скорость движения машины при данном сопротивлении и постоянном к.п.д. зависит от фактически используемой мощности двигателя Nд (знак штрих при мощности здесь опущен, так как в данном случае различие между мощностью двигателя и моторной установки роли не играет). Зависимость скорости от мощности будет линейной, если можно пренебречь сопротивлением воздуха, если нельзя пренебречь — будет сложной. Однако, в пределах до аэродинамической скорости, при которой Рд – Pw > , увеличение используемой мощности всегда вызывает повышение скорости движения автомобиля. Это положение справедливо для любого из сопротивлений, преодолеваемых машиной: от ψmin до ψmax. Средняя скорость движения автомобиля определяется текущими значениями скоростей в этом интервале сопротивлений. Закон распределения сопротивлений на возможных путях движения автомобиля не может быть выражен аналитически, а среднестатистические данные также не могут быть приняты за основу расчётов с высокой степенью достоверности вследствие разнообразия трасс и резких колебаний сопротивления на одной и той же трассе.
Оценка условий эксплуатации автомобильной техники показывает, что за исключением полярных, предполярных и лесисто-болотистых районов, армейские автомобили большую часть времени эксплуатируются в относительно благоприятных средних дорожных условиях: при коэффициентах сопротивления качению не более 0,15 -0,2 и подъёмах не более 10-15° (sinα
В связи с этим можно считать, что при прочих равных условиях возможная (по двигателю) средняя скорость движения автомобиля будет тем выше, чем больше используется мощность двигателя.
Таким образом, речь идёт о возможной скорости по двигателю как о предельной скорости. Этот предел не может быть полностью реализован длительное время по ряду причин: из-за принудительного ограничения скорости (например, при движении в колонне), несовершенства подвески, недостаточной видимости, а также в связи с субъективными данными водителя.
Поэтому возможная средняя скорость, определяемая степенью использования мощности двигателя, является параметром сравнительной оценки автомобилей различных типов и марок.
Используемую мощность можно представить в виде
где ν— коэффициент использования мощности;
Nе max – максимальная мощность двигателя.
Коэффициент использования мощности ν показывает, какая доля максимальной мощности двигателя фактически используется в данное время. Рассмотрим изменение этого коэффициента с учетом скоростной характеристики двигателя (рис.17, а).
Пусть двигатель эксплуатируется при постоянных оборотах nN, соответствующих его максимальной мощности. Тогда в зависимости от нагрузки двигателя (подачи топлива) коэффициент использования мощности может изменяться от 0 до 1. При этом скорость движения автомобиля будет постоянна и равна скорости на данной передаче Vpi.
Выражая для этого случая удельную силу тяги по двигателю через коэффициент использования мощности, получим
(91)
Будем считать к.п.д. автомобиля при данной скорости постоянным, не зависящим от использования мощности. Безусловно, это допущение неточно, так как на малых нагрузках к.п.д. падает. Однако, для армейских автомобилей, эксплуатируемых при высоком использовании мощности, к.п.д. будут не столь велики.
Тогда выражение (91) примет вид
, (92)
где 
— расчетная удельная сила тяги, которую можно определить по формуле
(93)
Таким образом, удельная сила тяги линейно зависит от коэффициента использования мощности.
Эта зависимость графически представлена на рис. 17,б. Коэффициент использования мощности изменяется от 0 до 1. Точка с координатами ν =1 и φд соответствует Ne max, лежащей на скоростной характеристике двигателя при полной подаче топлива.
Другие точки этой скоростной характеристики (рис. 17, а) при nд φрi (см. штриховой пунктир на рис. 17, б). При этом V φрi, следует преодолевать на ближайшей низшей передаче (i -1).
Не рассматриваются также часть характеристики при nд > nN (V > Vp, N
Коэффициенты для расчета электрических нагрузок
Задачей расчета электрических сетей является правильная оценка величин электрических нагрузок и выбор соответственно им таких наименьших из числа возможных сечений проводов, кабелей и шин, при которых были бы соблюдены нормированные условия в отношении:
1. нагрева проводников,
2. экономической плотности тока,
3. электрической защиты отдельных участков сети,
4. потерь напряжения в сети,
5. механической прочности сети.
Расчетными нагрузками для выбора сечений проводников являются:
1. получасовой максимум I30 — для выбора сечений по нагреву,
2. среднесменная нагрузка Iсм — для выбора сечений по экономической плотности тока,
3. пиковый ток — для выбора плавких вставок и уставок тока максимальных расцепителей автоматов и для расчета по потере напряжения. Этот расчет обычно сводится к определению потерь напряжения в силовой сети при пуске отдельных мощных короткозамкнутых электродвигателей и в троллейных линиях.
При выборе сечений распределительной сети, независимо от фактического коэффициента загрузки электроприемника, следует всегда иметь в виду возможность использования его на полную мощность и, следовательно, за расчетный ток принимать номинальный ток электроприемника. Исключение допускается лишь для проводников к электродвигателям, выбранным не по нагреву, а по перегрузочному моменту.
Таким образом, для распределительной сети расчета, как такового, не производят.
Для определения расчетного тока в питающей сети необходимо нахождение совмещенного максимума или средней нагрузки целого ряда электроприемников и при том, как правило, различных режимов работы. Вследствие этого процесс расчета питающей сети является сравнительно сложным и разделяется на три основные последовательные операции:
1. составление расчетной схемы,
2. определение совмещенных максимумов нагрузки или средних значений ее на отдельных участках сети,
3. выбор сечений.
Расчетная схема, являющаяся развитием принципиальной схемы питания, намеченной при рассмотрении вопроса о распределении электрической энергии, должна содержать все необходимые данные в отношении подключенных нагрузок, длин отдельных участков сети и выбранного рода и способа прокладки ее.
Наиболее ответственная операция — определение электрических нагрузок на отдельных участках сети — в большинстве случаев основывается на применении эмпирических формул. Коэффициенты, входящие в эти формулы, зависят в наибольшей степени от режима работы электроприемников, и правильная оценка последнего имеет большое значение, хотя и не всегда является точной.
Вместе с тем неправильность в определении коэффициентов, а, следовательно, и нагрузок, может привести либо к недостаточной пропускной способности сети, либо к необоснованному удорожанию всей установки.
Прежде чем перейти к методологии определения электрических нагрузок для питающих сетей, необходимо отметить, что входящие в расчетные формулы коэффициенты не являются стабильными. В связи с непрерывным техническим прогрессом и развитием автоматизации эти коэффициенты должны подлежать периодическому пересмотру.
Поскольку как сами формулы, так и входящие в них коэффициенты являются до известной степени приближенными, нужно иметь в виду, что результатом расчетов может быть определение только порядка интересующих величин. По этой причине следует избегать излишней скрупулезности в арифметических операциях.
Величины и коэффициенты, входящие в расчетные формулы определения электрических нагрузок
Под установленной мощностью Ру понимается:
1. для электродвигателей длительного режима работы — каталожная (паспортная) номинальная мощность в киловаттах, развиваемая двигателем на валу:
2. для электродвигателей повторно-кратковременного режима работы — паспортная мощность, приведенная к длительному режиму, т. е. к ПВ = 100%:
где ПВН0М — номинальная продолжительность включения в процентах по каталожным данным, Рном —номинальная мощность при ПВН0М,
3. для трансформаторов электропечей:
где SН0М — номинальная мощность трансформатора по каталожным данным, ква, cosφном—коэффициент мощности, характерный для работы электропечи при номинальной мощности,
4. для трансформаторов сварочных машин и аппаратов — условная мощность, приведенная к длительному режиму, т. е. к ПВ = 100%:
где Sном — номинальная мощность трансформатора в киловольт-амперах при ПВном,
Под присоединенной мощностью Рпр электродвигателей понимается мощность, потребляемая двигателем из сети при номинальной нагрузке и напряжении:
где ηном — номинальный к п. д. двигателя в относительных единицах.
Средняя активная нагрузка за максимально загруженную смену Рср.см и такая же средняя реактивная нагрузка Qcp,см представляют собой частные от деления количества электроэнергии, потребляемой за максимально нагруженную смену (соответственно WCM и VCM), на продолжительность смены в часах Тсм,
Среднегодовая нагрузка активная Рср.г и такая же нагрузка реактивная Qcp.г представляют собой частные от деления годового потребления электроэнергии (соответственно Wг и Vг) на годовую продолжительность рабочего времени в часах (Тг):
Под максимальной нагрузкой Рмакс понимают наибольшую из средних нагрузок за тот или иной интервал времени.
В соответствии с ПУЭ, для расчета сетей и трансформаторов по нагреву этот интервал времени установлен равным 0,5 ч, т. е. принимается получасовой максимум нагрузки.
Различают получасовые максимумы нагрузок : активной Р30, квт, реактивной Q30, квар, полной S30, ква, и по току I30, а.
Пиковым током Iпик называют мгновенный максимально возможный ток для данного электроприемника или для группы электроприемников.
Под коэффициентом использования за смену КИ понимают отношение средней активной нагрузки за максимально нагруженную смену к установленной мощности:
Соответственно этому годовой коэффициент использования представляет собой отношение средней годовой активной нагрузки к установленной мощности:
Под коэффициентом максимума Км понимается отношение активной получасовой максимальной нагрузки к средней нагрузке за максимально загруженную смену,
Величина, обратная коэффициенту максимума, представляет собой коэффициент заполнения графика Кзап
Коэффициент спроса Кс — отношение активной получасовой максимальной нагрузки к установленной мощности:
Под коэффициентом включения Кв понимается отношение рабочего времени приемника повторно-кратковременного и длительного режима работы за смену к продолжительности смены:
У электроприемников, предназначенных для непрерывной работы в течение смены, коэффициент включения практически равен единице.
Коэффициентом загрузки по активной мощности К3 представляет собой отношение нагрузки электроприемника в данный момент времени Pt к установленной мощности:
Для электродвигателей, у которых под установленной мощностью понимается мощность на валу, правильнее было бы относить Ки, Кв, К3 не к установленной, а к присоединенной к сети мощности.
Однако в целях упрощения расчетов, а также ввиду трудности учета к. п. д. участвующих в нагрузке электродвигателей, целесообразно относить эти коэффициенты также к установленной мощности. Таким образом, коэффициенту спроса, равному единице (Кс = 1), соответствует фактическая загрузка электродвигателя в размере η% от полной.
Коэффициентом совмещения максимумов нагрузки KΣ — отношение совмещенного получасового максимума нагрузки нескольких групп электроприемников к сумме максимальных получасовых нагрузок отдельных групп:
С допустимым для практических целей приближением можно принять, что
Что такое коэффициент использования мощности двигателя
ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ
Общие положения
В этом разделе использованы материалы справочника «Экономия электроэнергии в промышленности», Москва, «Энергия», 1988 г., Ю.В. Копытов, Б.А. Чуланов.
Расход электроэнергии вентиляционными установками в некоторых производствах достигает большой величины.
Сокращение расхода электроэнергии на вентиляционные установки обеспечивают следующие мероприятия:
— замена старых вентиляторов новыми, более экономичными;
— внедрение экономичных способов регулирования производительности вентиляторов;
— блокировка вентиляторов тепловых завес с устройствами открывания и закрывания ворот;
— отключение вентиляционных установок во время обеденных перерывов, пересмен и т. п.;
— устранение эксплуатационных дефектов и отклоне ний от проекта;
— внедрение автоматического управления вентиляционными установками.
Расход электроэнергии на привод вентиляторов определяется расчетным путем по установленной мощности двигателей, кВт·ч в год,
где n — количество вентиляционных установок на предприятии;
Руст — установленная мощность электродвигателя (по паспортным данным);
t — продолжительность работы вентилятора в течение года, ч;
kи — коэффициент использования вентиляторов:
Вентиляторы высокого давления
Вентиляторы и дробилки
Замена вентиляторов старых типов на современные
Замена вентиляторов старых типов с низким к.п.д. вентиляторами нового типа дает экономию электроэнергии, кВт·ч,
где n1 и n2 — к.п.д.заменяемого и устанавливаемого вентиляторов;
nэ и nc — к.п.д. электродвигателя и сети соответственно.
Характеристики некоторых вентиляторов
СВМ-4: одна секция
СВМ-4: две секции
Внедрение экономичных способов регулирования производительности вентиляторов
Значительные сокращения расхода электроэнергии вентиляторами обеспечивают следующие мероприятия.
1. Применение многоскоростных электродвигателей вместо регулирования шиберами в напорной линии вентиляционной установки. Экономия энергии при этом составляет 20 — 30%.
2. Регулирование подачи воздуходувок шиберами на всасе вместо регулирования на нагнетании дает экономию электроэнергии до 15%.
3. Регулирование вытяжной вентиляции шиберами на рабочих местах вместо регулирования на нагнетании дает экономию электроэнергии до 10%.
4. Регулирование подачи дымососа с помощью цилиндрических направляющих аппаратов вместо дроссельного дает экономию электроэнергии до 25%.
Блокировка вентиляторов тепловых эавес с устройствами открывания и закрывания ворот
Для сокращения расхода электроэнергии на привод вентиляторов тепловых завес в большинстве случаев рекомендуется сблокировать механизм тепловой завесы с устройствами открывания и закрывания ворот. Когда ворота открываются, автоматически включается тепловая завеса, а при закрывании ворот завеса отключается.
В том случае, когда рабочие места находятся близко от ворот, следует устанавливать на тепловые завесы двухскоростные электродвигатели, которые автоматически включаются на высшую скорость при открывании ворот и переключаются на низшую скорость при закрытых воротах. При этом мощность электродвигателя при работе на низшей скорости в 2 раза меньше, чем при работе на высшей скорости.
Обычно тепловая завеса работает на пониженной скорости вентилятора (60 — 70% общего количества часов работы). Если принять отопительный сезон продолжительностыо 4000 ч/год и мощность электродвигателя 10 кВт, то электродвигатель должен работать с половинной мощностью 5 кВт 2400 ч. Экономия электроэнергии при этом составит Э=5·1600=8000 кВт·ч в год.
Отключение вентиляционных установок во время обеденных перерывов и пересмен дает нередко экономию электроэнергии до 20%.
Улучшение работы вентилятора
Потери электроэнергии в вентиляторной установке можно снизить за счет изменения числа оборотов вала, угла установки лопаток на ра6очем колесе, поворотом лопаток направляющего аппарата и др.
Экономия электроэнергии при этом, кВт·ч,
где Q1 и Q2 — подача вентилятора до и после изменения режима его работы, которая определяется по совмещенным характеристикам вентилятора и вентиляционной сети, м 3 /с;
h1 и h2 — давление вентилятора до и после изменения режима;
nэ, nпр, nc — к.п.д. электродвигателя, передачи и электрической сети (указанными коэффициентами при переходе на новый режим работы вентилятора для практических расчетов можно пренебречь);
n1 и n2 — к.п.д. вентилятора до и после изменения режима.
Устранение дефектов при эксплуатации вентиляционных установок
Нередко при монтаже, сборке и ремонте вентиляционных установок допускаются отступления от проекта; эти дефекты приводят к нерациональному расходу электроэнергии.
К ним можно отнести:
1) работу осевого вентилятора с перевернутым колесом, при этом снижается к.п.д. вентилятора на 20 — 40% и соответственно увеличивается расход электроэнергии;
2) увеличение зазора между рабочим колесом и всасывающим патрубком у центробежных вентиляторов (нормальная величина зазора — не более 1% диаметра колеса) или между обечайкой и лопатками рабочего колеса у осевых вентиляторов (нормальная величина зазора — не более 1 5% длины лопатки). Несоблюдение этих условий резко снижает к. п. д. и увеличивает расход электроэнергии. Например, у осевых вентиляторов увеличение зазора до 3% длины лопатки к.п.д. снижается на 5 — 10%;
3) снятие обтекателя перед входом в рабочее колесо снижает к.п.д. на 10%;
4) укороченный диффузор или его отсутствие у осевых вентиляторов снижает к.п.д. на 6%;
5) некачественное изготовление и монтаж отводов, тройников, колен, вмятины, плохая штукатура каналов и т.п. значительно увеличивают сопротивление системы и соответственно расход энергии;
6) неплотности во фланцевых соединениях, негерметичность подсоединения воздуховодов к вентиляторам и другие источники присосов вызывают увеличение расхода электроэнергии.
Внедрение автоматического управления вентиляционными установками
1) Устройство блокировки индивидуальных вытяжных систем снижает расход электроэнергии на 25 -30%.
2) Устройство блокировки вентилятора воздушных завес с механизмом открывания ворот может дать экономию электроэнергии до 70%.
3) Устройство автоматического регулирования и управления вентиляционными установками в зависимости от температуры наружного воздуха дает экономию электроэнергии до 10 — 15%.
Тепловой расчет двигателя
В процессе теплового расчета должны быть определены параметры состояния рабочего тела, соответствующие характерным точкам цикла, индикаторные и эффективные показатели двигателя, диаметр и ход поршня; построены индикаторная диаграмма и скоростная характеристика двигателя,
Тепловой расчет производится для режима максимальной мощности карбюраторного двигателя, работающего с ограничителем.
Последовательность выполнения теплового расчета:
• выбор и обоснование исходных данных к расчету;
• определение параметров состояния рабочего тела;
• определение индикаторных и эффективных показателей двигателя;
• определение диаметра и хода поршня;
• построение индикаторной диаграммы и скоростной характеристики двигателя.
Выбор и обоснование исходных данных к тепловому расчету
В расчетно-пояснительной записке должны быть выбраны и обоснованы: давление рг и температура Тг остаточных газов; подогрев свежего заряда ∆Т, коэффициент избытка воздуха α;. сорт и марка топлива, его элементарный состав и теплотворность; средние показатели политроп сжатия и расширения n1 и n2; степень повышения давления λ (только для дизелей); коэффициент использования тепла ξ; коэффициент округления индикаторной диаграммы.
Давление и температура остаточных газов
Давление остаточных газов рг, в основном зависит от числа расположения клапанов и их размеров, сопротивления выпускного тракта, быстроходности двигателя, системы охлаждения и других факторов и для автомобильных двигателей находится в пределах:
• для карбюраторных двигателей рг=(1,05 . 1,15)*ро, где
ро = 0,101 Мпа – атмосферное давление
рг = 1,09*0,101 = 0,110 МПа.
Температура остаточных газов Тг зависит от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения, коэффициента избытка воздуха, степени догорания топлива в процессе расширения, нагрузки и для выполненных конструкций двигателей имеет значения:
• в карбюраторных двигателях Тг = 900 .1100 К.
Принимаем Тг = 1000 К
С увеличением степени сжатия эта температура снижается, а при увеличении частоты вращения она возрастает. На температуру остаточных газов влияет также состав смеси. С увеличением коэффициента избытка воздуха температура Тг снижается.
Подогрев свежего заряда
Величина подогрева свежего заряда ∆T зависит от расположения и конструкции впускного трубопровода, системы охлаждения двигателя и охлаждения впускного трубопровода, быстроходности двигателя, наддува и других факторов. В существующих конструкциях двигателей подогрев составляет:
• карбюраторные двигатели ∆Т = 0 . 20 К Принимаем ∆Т = 10 К
Как правило, V — образные двигатели по сравнению с рядными имеют меньший подогрев заряда.
Коэффициент избытка воздуха
Применяемое для расчета значение коэффициента избытка воздуха в основном определяется типом двигателя и способом смесеобразования и при номинальной мощности двигателя находится в пределах:
• для четырехтактных карбюраторных двигателей α = 0,85 . 0,9.
Принимаем α = 0,87
При этом, чем больше частота вращения двигателя и чем больше средняя скорость поршня, тем меньше может быть принято значение для данного типа двигателя.
Для автомобильных двигателей принимаются автомобильные бензины (ГОСТ 2084-77)
Таблица 1 Элементарный состав и теплота сгорания топлива
Молекулярная масса топлива
Низшая теплота сгорания
Показатели политроп сжатия и расширения
Средний показатель политропы сжатия n1 зависит от частоты вращения вала двигателя, степени сжатия, формы камеры сгорания, размеров цилиндра, материала поршня и головки цилиндров, теплообмена и других факторов
Для современных двигателей средний показатель политропы сжатия находится в пределах:
• для карбюраторных двигателей n1 = l,34 .1,39.
Принимаем n1 = l,38
При выборе n1, следует иметь в виду, что с увеличением частоты вращения двигателя показатель политропы увеличивается.
Средний показатель политропы расширения n2 зависит от степени догорания топлива, интенсивности отвода тепла в процессе расширения, утечек через неплотности и находится в пределах:
• для карбюраторных двигателей n2=1,24 .1,30.
Принимаем n2 = l,24
Коэффициент использования тепла
Коэффициент использования тепла ξ выражает долю тепла используемого на участке видимого сгорания (cz’z) на увеличение внутренней энергии и совершение работы. Величина его зависит от конструктивных параметров двигателя, режима работы и регулировки двигателя, способа смесеобразования, формы камеры сгорания и других факторов. Чем совершенное процесс смесеобразования и выше скорость сгорания, тем больше ξ. При поздних углах опережения зажигания и впрыска топлива, возрастает догорание топлива в ходе расширения и ξ уменьшается. С увеличением частоты вращения относительная теплоотдача в стенки цилиндра уменьшается, но более значительное влияние оказывает догорание топлива и потому снижается ξ. Повышение степени сжатия и применению компактных камер сгорания приводит к увеличению ξ.
Выбор метода организации производства на объекте проектирования
Выбор режима работы на объекте проектирования Суточный режим зоны ТР составляет II смены, продолжительность по 8 часов. Если рабочий день начинается с 6:00 часов, то 1 смена заканчивается в 14:00 часов. В 14:00 часов начинается 2 смена и заканчивается в 22:00 часов. В 1 и 2 смену работает цех по ре .
Определение сопротивления передвижению
Сопротивление передвижению тележки с номинальным грузом при установившемся режиме работы определяется по формуле: , где Кр – коэффициент сопротивления от трения реборд колес о рельсы: Кр=2,0 [1, табл.28], f – коэффициент трения в подшипниках колеса для сферических роликоподшипников f=0,020 [1, табл .
Расчет зубчатой передачи
Выбор материалов зубчатых колес и способов термообработки Выбираем для шестерни – сталь 45: Механические свойства выбранных сталей Марка Термическая Твердость Предел стали обработка поверхности прочности 45 улучшение 269 302 HB 890 Мпа Выбираем для колеса – сталь 45: Механические свойства выбранных .
