Toyota-navi.ru

АвтоКлуб Toyota
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Вычислить мощность двигателя по крутящему моменту и оборотами

Как выбрать подходящие двигатели для колесного робота? Ответить точно на этот вопрос в начале конструирования робота непросто. Для этого нужно знать вес робота, а он еще не построен. Однако, технические характеристики и размеры двигателей значительно влияют на окончательные параметры мобильного робота. Для того, чтобы получить полную информацию, необходимо учесть вращающий момент, скорость и мощность. Для колесного робота также необходимо подобрать диаметр колес и определить правильное передаточное число зубчатой передачи для расчета скорости его движения.

Мощность

Прежде всего, давайте вернемся к человеку, который научил всех нас измерять мощность. Его звали Джеймс Уатт. Он был шотландским инженером, чье имя стало обозначать стандартизированное название единицы измерения мощности. Ватты используются для измерения мощности, ок, казалось бы, хватит дальше придумывать терминологию, но на этом как известно светлые умы не остановились, в обиход были приняты лошадиные силы. Зачем? Нужен был реальный эквивалент показателя силы. В те временя им стала обычная лошадь. С тех пор одна метрическая лошадиная сила стала равна 735,5 Вт.

Что такое лошадиная сила? Она описывается как способность поднимать 75 кг на один метр за одну секунду. Мощность (в лошадиных силах) обозначает, насколько быстро производится работа.

Итак, важнейшими показателями эффективности авто при движении являются:

1. крутящий момент;
2. ресурс мотора;
3. обороты движка.

Понятие мощности и оборотов двигателя известно всем. А что такое крутящий момент двигателя? Применив понятия из теории физики, мы можем сказать, что это сила (ньютоны), приложенная к рычагу (метры). То есть, произведение ньютона на метр равно крутящему моменту. Импульс движения машина получает от сгорания топлива. «Миссию» рычага выполняет коленчатый вал, а точнее, его кривошип. Схема передачи импульса колесам выглядит так:

• сила, полученная от сгорания бензина/дизеля, передается поршню;
• далее импульс получает кривошип, который передает ее коленчатому валу;
• коленвал посредством трансмиссии и приводных узлов двигает колеса авто.

Увеличение/уменьшение крутящего момента (КМ) зависит от нажима педали: нажимаешь до упора — сила КМ увеличивается, ослабляешь нажим — уменьшается. Другими словами можно сказать, что машина движется по трассе именно с помощью КМ.

Ресурс мотора

«Лошадиные силы продают автомобиль, а крутящий момент выигрывает гонки» Генри Форд

Взаимосвязаны ли друг с другом крутящий момент и мощность двигателя? Из курса физики известно, что мощность — это действие, совершенное за установленную единицу времени. Действие (работу) в данном случае совершает силовой агрегат. Тогда мощность показывает, сколько раз мотор произвел КМ за указанное время. Другими словами, создание КМ зависит от двигателя и его силы. Однако мощность определяет силовой ресурс автомобиля, но не его динамику. Динамика машины зависит от КМ.

Обороты мотора

А какую взаимосвязь имеют крутящий момент и обороты двигателя? Согласуясь с физическими понятиями, мы можем вывести такое значение: мощность равняется крутящему моменту, помноженному на обороты силового агрегата. Формула выглядит так: P = Мкр х N/9549; где P — это сила, а N — обороты. Таким образом, зависимость КМ и мощности от оборотов движка налицо.

Взаимодействие элементов

Нам понятно, что мощность помогает преодолевать сопротивление некоторых элементов при движении машины по трассе. Сопротивление может оказывать:

• трение частей мотора;
• трение в приводных системах;
• сила качения колес;
• иное.

Чем мощнее мотор, тем выше сила преодоления сопротивления при движении. А на что влияет крутящий момент двигателя? Он необходим для динамики разгона авто с нуля и при обгоне. От КМ напрямую зависит скорость разгона авто и достижение максимальной величины скоростного режима.

Как это выглядит на практике

Подведем итог всему. Что важнее для авто — КМ или ресурс движка? От мощности мотора зависит показатель максимальной скорости. КМ необходим для набора этой скорости, то есть, силы ускорения. Снова обратимся к физике, теория которой утверждает, что выигрыш в силе снижает мощность.

Читать еще:  Датчик давления масла на оке с китайским двигателем

Для конкретного примера сравним дизельный и бензиновый двигатель. КМ у дизеля в разы превышает показатели бензинового агрегата, то есть, дизель может тронуться практически с холостого хода. Но какую скорость развивает дизельный двигатель на трассе, и сравнима ли она со скоростью авто на бензине? Вывод очевиден: силовой ресурс мотора выигрывает у КМ.

Но на этом история развития двигателей в сторону увеличения КМ не закончилась. Инженеры придумали турбо-дизель! Этот движок полностью удовлетворяет азарт некоторых автолюбителей: теперь интенсивный разгон возможен без ущерба развития максимальной скорости. Турбо-дизели сравнялись с бензиновыми моторами по показателям мощности, но обогнали их в крутящем моменте.

Для чего нужен тахометр?

В любой «уважающей себя» машине есть такой прибор как тахометр. Для многих опытных водителей очевидно, о чём я сейчас напишу, но часто встречаются люди, которые вообще никогда не задумывались ни о наличии тахометра, ни о его предназначении. Он обычно располагается рядом со спидометром и показывает, простите за выражение, частоту вращения коленчатого вала двигателя 🙂 Или на жаргоне это проще называют «обороты двигателя». Чем сильнее водитель нажимает на педаль газа, тем больше топлива поступает в мотор и тем больше его обороты. Соответственно, при разгоне стрелка тахометра движется вверх по шкале, при замедлении – вниз.

Как все это связано между собой? И какое отношение это имеет к безопасному вождению?

Тахометр и крутящий момент

Теперь самое интересное. Посмотрите на технические характеристики любого автомобиля, и вы увидите: в них указаны не просто мощность и крутящий момент, а максимальная мощность и максимальный крутящий момент. Стало быть, бывают еще и не максимальная мощность и не максимальный крутящий момент…

Эти вопросы мы подробно разбираем на эксклюзивном курсе нашей школы «курс MBA для водителя: Мастерство Вождения Автомобиля», где я часто задаю студентам вопрос: «Предположим, мощность вашего авто – 200 л.с. Всегда ли вы имеете под капотом эти 200 лошадей?» В ответ я обычно слышу либо «не знаю», либо «всегда». Причем ответ «всегда» аргументируется так: «Ну ведь в паспорте написано, что мощность равна 200 л. с., значит, она у меня есть всегда».

Ответ неверный. Обратимся к техническим характеристикам, например, Honda Accord VII 2.4. Вот что там написано:

  • максимальная мощность: 190 л.с. при 6800 об/мин
  • максимальный крутящий момент: 220 Н*м при 4500 об/мин

Мотор развивает максимальные мощность и момент не всегда, а только когда стрелка тахометра показывает определенные значения, в случае с Honda Accord, 6800 об/мин! И максимальный крутящий момент – при показании стрелкой 4500 об/мин.

Отсюда первый вывод: максимальная мощность и максимальный крутящий момент зависят от оборотов двигателя.

Опасность высоких оборотов — миф

И отсюда же второй вывод. Многие из моих учеников и просто знакомых рассказывают, что инструкторы в автошколах очень не любят, когда мотор ревёт, и, ругаясь, заставляют переключаться на повышенную передачу. Якобы, движение на высоких оборотах вредно и разрушительно для мотора, снижается его ресурс и т.п. Друзья мои, это миф!

Сами посудите, производитель заложил в характеристики мотора возможность и, порой, необходимость движения на средних и высоких оборотах вплоть до того, когда стрелка тахометра «ложится» на красную зону. И без этого невозможно достичь ни максимального крутящего момента, ни максимальной мощности. Как думаете, у кого больший авторитет в этом вопросе: у инструктора из местной автошколы или у мирового производителя автомобилей?

Максимальное ускорение – на высоких оборотах

Идем дальше и посмотрим на график – так называемую внешнюю скоростную характеристику – для той же Honda Accord VII 2.4:

Читать еще:  Что такое гидрокомпенсаторы в двигателе на хендай акцент

Как видно из графика, максимальная мощность «находится» в конце шкалы тахометра, возле его красной зоны – 6800 об/мин. Выходит, наши 190 лошадей машина выдает только в те самые «ужасные» моменты, когда мотор ревет, а тахометр зашкаливает 🙂 В остальные 99% времени езды вы используете лишь какую-то часть его мощности.

Что касается крутящего момента, то он имеет форму горба, и его зона максимума находится в районе 3000-5000 об/мин. Какой в этом практический смысл? При показаниях тахометра ниже 3000 об/мин движок тянет не ахти как, а в районе 2000 и ниже – не тянет вообще и очень страдает, если в эти, по-настоящему для него ужасные, моменты водитель от него что-то требует. И самое интересное, это актуально для большинства бензиновых моторов – ниже 3000 двигатель тянет плохо! У зоны ниже 3000 есть и свой плюс: низкий расход топлива.

Два режима работы двигателя

И тогда мы можем условно разделить тахометр на 2 зоны:

Экономичная зона: 2000-3500 об/мин. На рисунке отмечена зеленым. В этой зоне мотор потребляет мало топлива и плохо ускоряется.

Скоростная зона: 3500 об/мин и выше. На рисунке отмечена желтым. В этой зоне мотор необычно прожорлив, но ускорение выдает что надо – максимальное.

Обратите внимание на еще одну зону – красную: туда стрелке тахометра лучше вообще никогда не попадать, поскольку это будет уже разрушительно для двигателя. Но не стоит волноваться: в современных машинах на заводе устанавливают ограничитель оборотов, который не позволяет стрелке зайти в красную зону.

Все приведенные показания тахометра в целом актуальны для атмосферных бензиновых моторов. У турбированных моторов максимум момента начинается при более низких оборотах: 2000-2500 об/мин. А у дизелей вся картинка мощности и момента смещена влево, в зону более низких оборотов. То есть у дизелей все выглядит точно так же, только минус 1000 об/мин.

Крутящий момент редуктора – что это означает?

Существует общепризнанная единица измерения крутящего момента – Ньютоно – метры. То есть, если к выходному валу редуктора присоединить какую-либо штангу длиной один метр, то привод должен сохранять работоспособность при нагрузке на конце этой штанги равной 1 Ньютону. Нетрудно догадаться, что, чем ближе к оси выходного вала прикладывается нагрузка, тем больший крутящий момент может выдержать редуктор. Для простоты расчётов можно перевести силу Ньютона в усилие, создаваемое килограммом. Усилие 1 килограмма равен 9,81 Ньютона.

Давайте рассмотрим на примере цилиндрического двухступенчатого редуктора РМ-650. Возьмём самое распространённое передаточное число – 31,5, обороты на входном валу – 1500 в минуту, режим работы – 100% нагрузка. Конструктивно в этом редукторе заложен максимально допустимый крутящий момент при указанных условиях равный 5116 Н.м. Что это означает? Это говорит о том, что при радиусе, допустим, барабана в 1 метр, одетого на выходной вал, редуктор РМ-650 будет выдерживать нагрузку в 5116 Ньютонов или поднимать груз в 520 кг. Соответственно, если радиус барабана будет 0,5 метра, то нагрузка допускается 10232 Н.м. или 1040 кг. Нетрудно догадаться, что создаваемый в механизме крутящий момент определяется произведением силы на длину рычага.

Максимальный и номинальный КМ

В механике существует понятие о максимальном и номинальном КМ.

Максимальный крутящий момент – самый большой показатель КМ, который двигатель может развить.

Известно, что момент не является постоянной величиной. Его показатель растет совместно с ростом оборотов.

Однако на определенном этапе поток воздуха, поступающий в цилиндры, начинает оказывать столь высокое сопротивление, что разрежения, создаваемого поршнем, становится недостаточно для всасывания достаточного количества топливовоздушной смеси. При этом ухудшается вентиляция цилиндров, и рост к/м прекращается.

На автомобилях ВАЗ-2110 с мотором 21114 максимальный показатель КМ достигается на 3 тысячах оборотов в минуту. Дальнейшее увеличение частоты работы силового агрегата приводит к росту мощности. При этом крутящий момент снижается.

Читать еще:  Что добавить в солярку чтобы двигатель не работал

На что влияет подобное явление? Автомобиль, работающий в мощностном режиме, способен легко преодолевать подъемы, тащить тяжелый прицеп, другой автомобиль. При этом динамика разгона даже не загруженного ТС будет существенно снижена.

Номинальный крутящий момент – показатель КМ, который двигатель выдает без дополнительной нагрузки, работая в нормальном режиме.

Как можно увеличить крутящий момент двигателя?

Существует несколько способов, при помощи которых можно добиться увеличения крутящего момента двигателя:

  • увеличение рабочего объема движка;
  • величины наддува;
  • изменения в газодинамике.

Увеличения рабочего объема можно достичь путем замены штатного коленвала на коленчатый вал с большим значением эксцентриситета либо же путем расточки цилиндров, что обеспечит установку поршней большего диаметра.

Замена коленвала — один из способов увеличения крутящего момента

Замена коленвала требует много времени и нервов, так как найти нужный коленвал с большим значением эксцентриситета очень сложно. Их изготавливают под заказ некоторые фирмы, которые также найти нелегко, а стоимость работ очень высока. Проще купить коленчатый вал серийного производства, а поршневую группу и шатуны подбирать уже под него, но это тоже нелегко. Хотя загвоздка в другом. Использование более коротких шатунов предполагает лишние механические потери в работе движка, а также на такие шатуны воздействуют большие нагрузки.

Более выгодно увеличение диаметра цилиндра, так как стенка цилиндра толщиной 7-8 мм допускает расточку на несколько миллиметров, и это не будет влиять на ее прочность.

Увеличение диаметра цилиндров — еще один способ увеличения крутящего момента

А поршни в большинстве случаев можно подобрать серийные. Но не факт, что расточка цилиндров будет стоить намного дешевле замены коленвала. Эти 2 способа следует рассматривать применительно к каждому отдельному движку.

Увеличение крутящего момента при помощи увеличения наддува применительно лишь к турбированным двигателям.

Турбонаддув — удовольствие не для всех

Этот способ не предполагает изменений ни моментной кривой, ни объема, и двигатель трогать не нужно. Изменить величину наддува можно путем поднятия планки стравливания лишнего давления. Это позволит увеличить давление, которое посылает топливо-воздушную смесь в объем цилиндра. Но при этом требуются дополнительные усовершенствования: увеличение объема камеры сгорания, изменение системы охлаждения (установка дополнительного радиатора, воздухозаборников и многого другого).

Изменение в газодинамике предполагает увеличение заряда топливо-воздушной смеси, за счет удаления дефектов серийной сборки. При помощи специального инструмента убрать неровности на впускных и выпускных клапанах, снять острые углы в местах стыковки деталей, произвести замену седел и клапанов, а в камере сгорания устранить зоны, которые не продуваются.

Устранение дефектов серийного производства влечет ха собой изменения в газовой динамике автомобиля, но проводить работы «на глаз» рискованно, нужен точный расчет

Чтобы достичь определенного успеха, необходимо совершить массу математических вычислений, которые связаны с аэродинамическими процессами, проистекающими в движке. А это сделать очень сложно, так как именно по результатам этих вычислений выполняются операции по подрезке, отрезке, зачистке, загибанию и т.д. Если же выполнять это «на глаз», то очень высока вероятность достичь результата, противоположного ожидаемому.

Известны также специальные усилители крутящего момента, способствующие увеличению крутящего момента вала отбора мощности за счет уменьшения его оборотов относительно скорости вращения коленвала. Но во избежание скорейшего износа и поломок коробки, увеличив передаточное число необходимо уменьшать величину максимальных оборотов.

Усилитель крутящего момента

Существуют усилители, которые оснащены валом отбора мощности, коленвалом и механической передачей, которая их соединяет. Но такие усилители не увеличивают крутящий момент, они предназначены для плавного его изменения при постоянных оборотах коленвала.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector