Механические характеристики машин

Механические характеристики машин.

Механической характеристикой машины называется зависимость силы или момента на выходном валу или рабочем органе машины от скорости или перемещения точки или звена ее приложения.

Рассмотрим примеры механических характеристик различных машин.

• Двигатели внутреннего сгорания (ДВС):
  • четырехтактный ДВС

Рис 6.2

o Индикаторная диаграмма — графическое изображение зависимости давления в цилиндре поршневой машины от хода поршня.

• двухтактный ДВС

Рис 6.3

• Электродвигатели
  • асинхронный электродвигатель переменного тока На диаграмме: М_дп —пусковой момент; М_дн— номинальный крутящий момент; М_дкили М_дmax— критический или максимальный момент; w_дн —номинальная круговая частота вращения вала двигателя; w_дххили w_дс— частота вращения вала двигателя холостого хода или синхронная. Уравнение статической характеристики асинхронного электродвигателя на линеаризованном участке устойчивой части

o где М_д — движущий момент на валу двигателя,

o w_д — круговая частота вала двигателя ,

o Статическая характеристика асинхронного двигателя, выражающая зависимость нагрузки от скольжения, определяется формулой Клосса

Рис 6.4

• двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

Рис 6.5

· Уравнение статической характеристики для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

· где k = М_дн ( w_дхх — w_дн ).

· В электрических параметрах характеристика записывается в следующем виде

· где k_M = M_дн/I_ян — коэффициент момента, k w = (U_ян — R_ян *I_ян ) / w _дн — коэффициент противоэлектродвижущей силы, U_я — напряжение в цепи якоря, R_я — сопротивление цепи якоря

• Рабочие машины
  • поршневой насос

• Рис 6.6
• поршневой компрессор

Рис 6.7

o Линии bc и ad — линии сжатия и расширения газа (воздуха) определяются параметрами газа (объемом, давлением и температурой) и в общем виде описываются уравнением политропы p × V n = const , где n — показатель политропы ( 1 пр _å , I пр _å =?

1. Определение сил веса G_i = m_i ×g.

2.Определение кинематических передаточных функций.

Простой и наглядный метод определения передаточных функций — графоаналитический метод планов возможных скоростей. При этом в произвольном масштабе строятся планы скоростей для рада положений цикла движения механизма. По отрезкам плана скоростей рассчитываются соответствующие передаточные функции по следующим формулам ( для машины, схема которой изображена на рис.6.8 ):

По этим формулам строятся цикловые диаграммы передаточных функций для рассматриваемого механизма ( см. рис. 6.9 ).

3. Определение суммарного приведенного момента М пр _å

Для определения суммарного приведенного момента необходимо просуммировать приведенные моменты от всех внешних сил, действующих на рассматриваемую систему. Приведенный момент от силы равен скалярному произведению вектора силы на вектор передаточной функции точки ее приложения, от момента — произведению момента на передаточное отношение от звена приложения момента к звену приведения. На рассматриваемую систему действуют силы веса звеньев G_i , сила сопротивления F_с и движущий момент М_д . Приведенный момент от этих сил рассчитывается по формуле:

4. Определение суммарного приведенного момента инерции I пр _å .

Для определения суммарного приведенного момента инерции необходимо просуммировать приведенные моменты инерции от всех масс и моментов инерции подвижных звеньев рассматриваемой системы. Приведенный момент инерции от массы равен произведению массы на квадрат передаточной функции ее центра, от момента инерции — произведению момента инерции звена на квадрат передаточного отношения от этого звена к звену приведения. Инерционность рассматриваемой системы определяется массами звеньев 2 и 3 и моментами инерции ротора двигателя, редуктора, коленчатого вала, маховика и звена 2. В суммарный приведенный момент инерции входят как составляющие не зависящие от положения механизма, так и составляющие, зависящие от обобщенной координаты. Первые имеют постоянный момент инерции и относятся к первой группе звеньев, момент инерции других — переменный, они образуют вторую группу. Приведенный момент для рассматриваемой системы определяется по формуле:

Рис. 6.12

Таким образом выполнена поставленная задача — определены параметры динамической модели поршневого насоса: приведенный суммарный момент М пр _å и приведенный суммарный момент инерции I пр _å .

ЛЕКЦИЯ 7

Краткое содержание: Режимы движения машины. Режим движения пуск-останов. Определение управляющих сил по параметрам движения при пуске и останове. Алгоритм решения прямой задачи динамики при неустановившемся режиме движения машины.

Режимы движения машины.

В зависимости от того какую работу совершают внешние силы за цикл движения машины различают три режима движения: разгон, торможение и установившееся движение. Циклом называют период времени или период изменения обобщенной координаты через который все параметры системы принимают первоначальные значения.

1. Разгон => А_д ц > А_с ц , А å ц > 0;
2. Установившееся движение => А_д ц = А_с ц , А å ц = 0;
3. Торможение (выбег) => А_д ц А_с ц , А å ц 0, e _1n стремиться к бесконечности ;
4. остановка с мягким ударом (рис. 7.3 ) w _1n = 0, e _1n не равно 0 .

Для динамической модели в конечном положении

безударная остановка или остановка с удержанием в конечном положении (рис. 7.4) w _1n = 0, e _1n = 0 .

В этом случае к рассмотренному выше условию w _1n = 0 , добавляется условие e _1n = 0. Для динамической модели в конечном положении

e _1n = d w _1n/dt = М пр å _n / I пр å _n — w _1n 2 /(2* I пр å _n) * (d I пр å _n /d j ₁),

Если w _1n = 0, I пр _> 0, то e _1n = 0 при М пр å _n = 0.

Таким образом при остановке с мягким ударом необходимо выполнить условие

w _1n = 0 => А å _n = 0;

при безударной установке и фиксации объекта в конечном положении нужно выполнить одновременно два условия

w _1n = 0 => А å _n = 0;

e _1n = 0 => М пр å _n = 0.

1. Безударная остановка объекта в конечном положении с фиксацией.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Устройство автомобилей

Характеристики двигателей

Оценить мощностные и экономические возможности двигателя внутреннего сгорания при работе его в различных эксплуатационных условиях можно по техническим и технологическим характеристикам, получаемым в результате различных испытаний – стендовых, дорожных, полигонных, эксплуатационных и т. п.

Характеристикой двигателя называется зависимость основных показателей его работы (мощности, вращающего момента на выходном валу, расхода топлива) от одного из параметров режима работы (частоты вращения коленчатого вала, внешней нагрузки и т. п.). Характеристики двигателя определяют его эксплуатационные качества, уровень технического совершенства, правильность регулировок, а также его назначение.

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

скоростная характеристика – зависимость основных эффективных показателей работы двигателя от частоты вращения его коленчатого вала;

коэффициент приспособляемости – способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки;

нагрузочные характеристики – зависимости удельного и часового расхода топлива от мощности, развиваемой двигателем;

характеристика холостого хода – зависимость часового расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала при работе двигателя без нагрузки;

регулировочные характеристики – зависимость мощностных и экономических показателей работы от состава рабочей смеси, воспламеняемой в цилиндрах двигателя, угла опережения зажигания или впрыска, температуры двигателя и других регулируемых факторов.

Нагрузочная характеристика

Нагрузочной характеристикой называется изменение часового и удельного расхода топлива в зависимости от величины нагрузки. Работа на режимах нагрузочной характеристики наиболее характерна для двигателей, которые используются для привода электрических агрегатов, насосов, компрессоров, тракторов. В частности, нагрузочная характеристика имитирует работу двигателя на автомобиле, при его движении с постоянной скоростью на одной из передач в условиях переменного сопротивления со стороны дороги.

Цель получения нагрузочной характеристики – определение топливной экономичности двигателя.

Условия получения нагрузочной характеристики:

• независимая переменная величина – нагрузка на двигатель (так как с увеличением нагрузки для ее преодоления двигатель должен увеличивать мощность N_е , среднее эффективное давление р_е и крутящий момент М_к , то нагрузку выражают в процентах относительно одного из этих параметров;
• постоянная величина – частота вращения коленчатого вала;
• зависимые переменные величины – удельный расход топлива g_е и часовой расход топлива G_t .

Скоростная характеристика

Скоростная характеристика двигателя представляет собой зависимость основных эффективных показателей его работы (эффективная мощность, вращающий момент на выходном валу, удельный и часовой расход топлива) от частоты вращения коленчатого вала при постоянной подаче топлива в цилиндры в установившемся тепловом режиме.

Различают внешнюю и частичные скоростные характеристики.
Скоростная характеристика, полученная при полной подаче топлива (полностью открытой дроссельной заслонке или соответствующем положении рейки топливного насоса дизеля) и при углах опережения зажигания или начала впрыскивания топлива по техническим условиям на двигатель, называется внешней скоростной характеристикой двигателя .
Внешняя скоростная характеристика позволяет определить максимальные мощностные показатели двигателя и оценить его экономичность при полных нагрузках.

Характеристики, соответствующие постоянным промежуточным положениям дроссельной заслонки или рейки топливного насоса, называются частичными скоростными характеристиками двигателя . Иными словами, любая характеристика, полученная при неполном открытии регулирующего органа двигателя, называется частичной скоростной характеристикой.

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 (Н×м) и часовой расход топлива в кг/ч.

По результатам испытаний строят кривые зависимости эффективного вращающего момента и часового расхода топлива от частоты вращения вала двигателя.
Затем, используя формулы:

находят эффективную мощность и удельный расход топлива, после чего отображают их графические зависимости.

В зависимости от укомплектованности двигателя вспомогательными устройствами и оборудованием определяют мощность нетто (полная комплектация) или мощность брутто (неполная комплектация).
Различают следующие характерные частоты вращения коленчатого вала:

• минимальная частота вращения, при которой возможна устойчивая работа двигателя при полной подаче топлива;
• частота вращения, соответствующая наибольшему вращающему моменту;
• частота вращения, соответствующая наибольшей мощности двигателя;
• наибольшая возможная частота вращения коленчатого вала, устанавливаемая ограничителем частоты вращения.

Характеристика холостого хода является частным случаем скоростной характеристики двигателя.

Внешнюю скоростную характеристику вновь проектируемого двигателя можно построить по эмпирическим зависимостям, где максимальная мощность и соответствующие ей удельный расход топлива и частота вращения берутся из данных теплового расчета двигателя при его конструировании.

Приемистость и приспособляемость двигателя

Способность двигателя с ростом частоты вращения коленчатого вала наращивать мощность называется его приемистостью .
Приемистость двигателя непосредственно влияет на приемистость автомобиля, т. е. его способности ускоряться и разгоняться. Скоростная характеристика во многом отражает степень приемистости двигателя: чем круче кривая N_е , тем приемистость двигателя больше.
Если сравнить скоростные характеристики карбюраторного двигателя и дизеля, то можно заметить, что кривая мощности N_е у дизеля круче, т. е. дизель обладает большей приемистостью.

Способность двигателя с ростом внешней нагрузки сохранять частоту вращения коленчатого вала называется его приспособляемостью (самоприспособляемостью или эластичностью).
Например, затяжной подъем один из автомобилей может преодолеть без переключения КПП на пониженную передачу, а другой при таких же условиях заглохнет. Следовательно, в первом случае приспособляемость двигателя автомобиля выше, чем во втором.
Приспособляемость автомобиля к изменению внешней нагрузки оценивается коэффициентом приспособляемости (коэффициентом самоприспособляемости). Чем больше значение этого коэффициента, тем лучше приспособляемость автомобиля к увеличению внешней нагрузки.

Устойчивость режима автомобильного двигателя к увеличению внешней нагрузки оценивают по запасу крутящего момента, который определяется отношением максимального крутящего момента М_кmax к крутящему моменту М_кном , развиваемому двигателем на номинальном режиме; это отношение и называют коэффициентом приспособляемости k .

Коэффициент приспособляемости k , характеризующий приспособляемость двигателя к изменению внешней нагрузки, может быть определен по формуле:

В бензиновых двигателях средний коэффициент приспособляемости k = 1,25. 1,35, в дизельных k = 1,05. 1,2.
Поскольку коэффициент приспособляемости характеризует способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки без переключения передач, можно сделать вывод, что дизельные двигатели переносят изменение внешней нагрузки хуже, чем карбюраторные. Чтобы преодолеть этот недостаток дизелей увеличивают размеры цилиндров, что приводит к увеличению крутящего момента, а также применяют всережимные регуляторы частоты вращения коленчатого вала.

Что такое механическая характеристика двигателя внутреннего сгорания

В зависимости от заданной скорости судна главные двигатели, непосредственно или через передачу соединенные с гребным вин­том, работают на разных режимах, в широком диапазоне мощно­стей и при разных частотах вращения. Вспомогательные двига­тели, спаренные с генераторами электрического тока, работают при постоянной частоте вращения, но с различной мощностью, определяемой нагрузкой на генератор (характеристики ДВС по­зволяют оценить его рабочие качества в различных условиях экс­плуатации) .

Наибольшая мощность N _emax , которую двигатель может раз­вивать ограниченное время (1—2 часа), называется максимальной. Мощность N _{e ном} , которую двигатель может развивать дли­тельное время (она гарантируется заводом-изготовителем), называется номинальной. Мощность N _{e экс} которую двигатель фактически развивает в условиях эксплуатации, называется экс­плуатационной. Обычно N _{e экс} = (0,85?0,9) N _{e ном} . Длительная мощ­ность N _{e экс} , при которой достигается наименьший удельный эф­фективный расход топлива, называется экономической. Мощность N _{e min} , устойчиво развиваемая двигателем при минимальных ходах судна, называется минимальной.

Под характеристикой понимают графическое изображение зависимости технико-экономических показателей работы двигателя от других независимых показателей или факторов, влияющих на работу ДВС. Различают характеристики нагрузочные, скоростные и регуляторные.

Нагрузочная характеристика показывает, как изменяются мощ­ность, удельный расход топлива, механический к. п. д. и другие параметры двигателя в зависимости от нагрузки при постоянной частоте вращения.

На рис. 208 дано изменение основных пара­метров ДВС при работе по нагрузочной характеристике.

Как видно из этого рисунка, ? _м растет с увеличением нагрузки, причем вначале быстро, а затем медленнее. Изменение мощностей N _i и N _e характеризуют две прямые, причем расстояния между ними равно мощности механических потерь, т. е. N _i – N _e = N _м . Коэффициент а изменяется по закону прямой обратно пропорцио­нально нагрузке. При определенном значении нагрузки, b _е дости­гает наименьшего значения, а ? _е — наибольшего; b _i и ? _i изменя­ются по закону прямой. Нагрузочные характеристики позволяют оценить основные показатели дви­гателя при работе на генератор электрического тока.

Скоростные характеристики по­казывают, как изменяются основ­ные показатели двигателя с изме­нением частоты вращения его ко­ленчатого вала. К скоростным характеристикам относятся внеш­ние и винтовые.

Внешние показывают зависи­мость параметров двигателя от частоты вращения при постоянном количестве подаваемого топлива. При снятии характеристики регули­руют подачу топлива, соответствую­щую той или иной мощности, и, оставляя затем подачу неизменной, производят испытания. Поэтому различают характеристики максимальных мощностей, номиналь­ных и эксплуатационных.

Наибольший интерес представляет характеристика номиналь­ных мощностей (рис. 209). Так как подача топлива за цикл неизменна, то р _i и р _е должны быть постоянными. Но из рис. 209 видно, что р _i и р _е с ростом частоты вращения несколько умень­шаются. Это объясняется тем, что уменьшается коэффициент по­дачи топливной системы вследствие увеличения насосных потерь и сжимаемости топлива. Характер кривых N _i и N _e определяется уравнением N _i = kp _i n (где k — постоянный числовой коэффициент для данного двигателя). С ростом частоты вращения увеличива­ются потери N _м , уменьшается механический к. п. д. ? _м и незначи­тельно возрастают удельные расходы топлива b _i и b _e .

Винтовые характеристики показывают характер изменения параметров двигателя при работе на винт (рис. 210). Характер кривой будет в основном определяться элементами винта. Ориен­тировочно можно считать N _е = сп 3 (где с — коэффициент пропор­циональности) .

При совмещении винтовой характеристики с внешней, постро­енной для номинального режима (рис. 211), они пересекаются в точке 1, где мощность двигателя полностью поглощается вин­том. На других скоростных режимах двигатель значительно недогружен, что снижает экономические показатели двигателя.

Если частота вращения двигателя составляет n ₁ , то его мощ­ность N ₁ = сп ₁ 3 . При п ₂ мощность N ₂ = сп ₂ 3 . Находим отношение

Из этого выражения можно определить частоту вращения дви­гателя при работе на любом мощностном режиме N _e :

Механические характеристики машин.

Механической характеристикой машины называется зависимость силы или момента на выходном валу или рабочем органе машины от скорости или перемещения точки или звена ее приложения.

Рассмотрим примеры механических характеристик различных машин.

• Двигатели внутреннего сгорания (ДВС):
  • четырехтактный ДВС

Рис 6.2

o Индикаторная диаграмма — графическое изображение зависимости давления в цилиндре поршневой машины от хода поршня.

• двухтактный ДВС

Рис 6.3

• Электродвигатели
  • асинхронный электродвигатель переменного тока На диаграмме: М_дп —пусковой момент; М_дн— номинальный крутящий момент; М_дкили М_дmax— критический или максимальный момент; w_дн —номинальная круговая частота вращения вала двигателя; w_дххили w_дс— частота вращения вала двигателя холостого хода или синхронная. Уравнение статической характеристики асинхронного электродвигателя на линеаризованном участке устойчивой части

o где М_д — движущий момент на валу двигателя,

o w_д — круговая частота вала двигателя ,

o Статическая характеристика асинхронного двигателя, выражающая зависимость нагрузки от скольжения, определяется формулой Клосса

Рис 6.4

• двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

Рис 6.5

· Уравнение статической характеристики для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

· В электрических параметрах характеристика записывается в следующем виде

· где k_M = M_дн/I_ян — коэффициент момента, kw = (U_ян — R_{ян ×} I_ян ) / w _дн — коэффициент противоэлектродвижущей силы, U_я — напряжение в цепи якоря, R_я — сопротивление цепи якоря

• Рабочие машины
  • поршневой насос

• Рис 6.6
• поршневой компрессор

Рис 6.7

o Линии bc и ad — линии сжатия и расширения газа (воздуха) определяются параметрами газа (объемом, давлением и температурой) и в общем виде описываются уравнением политропы p× V n = const , где n — показатель политропы ( 1

Пример на определение параметров динамической модели(на приведение сил и масс ).

Дано: Кинематическая схема механизма поршневого насоса( l_i, j _i ), М_д , F_c , m_i , I_Si ;

Рис 6.8

Рис 6.9

Определить: М пр _å , I пр _å =?

1. Определение сил веса G_i = m_i ×g.

2.Определение кинематических передаточных функций.

Простой и наглядный метод определения передаточных функций — графоаналитический метод планов возможных скоростей. При этом в произвольном масштабе строятся планы скоростей для рада положений цикла движения механизма. По отрезкам плана скоростей рассчитываются соответствующие передаточные функции по следующим формулам ( для машины, схема которой изображена на рис.6.8 ):

По этим формулам строятся цикловые диаграммы передаточных функций для рассматриваемого механизма ( см. рис. 6.10 ).

3. Определение суммарного приведенного момента М пр _å

Для определения суммарного приведенного момента необходимо просуммировать приведенные моменты от всех внешних сил, действующих на рассматриваемую систему. Приведенный момент от силы равен скалярному произведению вектора силы на вектор передаточной функции точки ее приложения, от момента — произведению момента на передаточное отношение от звена приложения момента к звену приведения. На рассматриваемую систему действуют силы веса звеньев G_i , сила сопротивления F_с и движущий момент М_д . Приведенный момент от этих сил рассчитывается по формуле:

4. Определение суммарного приведенного момента инерции I пр _å .

Для определения суммарного приведенного момента инерции необходимо просуммировать приведенные моменты инерции от всех масс и моментов инерции подвижных звеньев рассматриваемой системы. Приведенный момент инерции от массы равен произведению массы на квадрат передаточной функции ее центра, от момента инерции — произведению момента инерции звена на квадрат передаточного отношения от этого звена к звену приведения. Инерционность рассматриваемой системы определяется массами звеньев 2 и 3 и моментами инерции ротора двигателя, редуктора, коленчатого вала, маховика и звена 2. В суммарный приведенный момент инерции входят как составляющие не зависящие от положения механизма, так и составляющие, зависящие от обобщенной координаты. Первые имеют постоянный момент инерции и относятся к первой группе звеньев, момент инерции других — переменный, они образуют вторую группу. Приведенный момент для рассматриваемой системы определяется по формуле:

Рис. 6.12

Таким образом выполнена поставленная задача — определены параметры динамической модели поршневого насоса: приведенный суммарный момент М пр _å и приведенный суммарный момент инерции I пр _å .

Контрольные вопросы к лекции 6.

1. Определите прямую задачу динамики машин ? (стр. 1)

2. Сформулируйте теорему о изменении кинетической энергии для идеальной механической системы ? (стр.1)

3. Запишите уравнения движения динамической модели в интегральной и дифференциальной форме ? (стр. 2-3)

4. Что называется динамической моделью машины ? (стр. 1)

5. Какие параметры характеризуют динамическую модель машины ? (стр.3-4)

6. Что называется механической характеристикой машины ? (стр.4)

7. Изобразите механические характеристики (д.в.с., асинхронного электродвигателя, поршневого компрессора) и укажите их основные параметры ? (стр. 4-8)

8. Изложите алгоритм определения параметров динамической модели для поршневого насоса ? (стр.8-12)

Основные параметры и характеристики ДВС

Как это понятно из приведённых описаний циклов, действительные циклы ДВС не являются замкнутыми, а процессы подвода тепла совершаются по достаточно сложным законам, трудно поддающимся инже­нерному расчёту. Поэтому действительные циклы принято идеализировать путём замены реальных процессов некото­рыми условными простыми процессами, обеспечивающими термодинамические расчёты с достаточной для практики точностью.

Рис.30.Смешанный цикл в p-V диаграмме

Для современных ДВС наибольший интерес представляет так называемый смешанный цикл, который в виде p-Vдиа­граммы приведен на рис.30. Линиями обозначе­ны: а — с − адиабатное сжатие в цилиндре поршневого двигателя; c-z 1 − подвод тепла при постоянном объеме; z 1 -z − подвод тепла при постоянном давлении; z-b − адиабатное расширение в цилинд­ре двигателя; b-a − отвод тепла q₂ при постоянном объеме.

Для описания и расчётов цикла используют следующие безразмерные характеристики:

− степень повышения давления

− степень предварительного расширения

Среднестатистические значения величин и наиболее удачных двигателей приводятся в справочной литературе.

Известно, что площадь цикла на р-V диаграмме определяет индикаторную (без учёта внешних потерь энергии) работу L_i за цикл:

где работа продуктов сгорания в процессах расширения; работа на сжатие рабочего тела в процес­сах сжатия.

Конечно же индикаторная работа или мощность всегда меньше того количества энергии, которое получает­ся при сжигании топлива. Все процессы в цилиндре сопровождаются теплопотерями в окружающую среду, а также интенсивным движением газа, и значит потерями, вызываемыми внутренним трением.

Технические системы ДВС

Топливная система дизелей включает агрегаты и отдельные детали, обеспечива­ющие подготовку и подачу топлива в со­ответствующем количестве в определен­ный период рабочего цикла в цилиндры двигателя. В двигателях с принудитель­ным зажиганием система, предназначен­ная для приготовления горючей смеси оп­ределенного состава и подачи ее в цилинд­ры в необходимом количестве, называется системой питания. При этом своевремен­ное воспламенение рабочей смеси в ци­линдре обеспечивается системой зажига­ния.

Смазочная система включает агрегаты и отдельные детали, обеспечивающие под­готовку и надежный подвод масла ко всем трущимся, а также охлаждаемым маслом деталям на всех режимах работы двигателя.

Система охлаждения объединяет агре­гаты и отдельные детали, обеспечивающие отвод теплоты от теплонапряженных деталей двигателя, нагревающихся от соприкосновения с горячими газами (− 2500°С и более) или вследствие трения, и поддержание их рацио­нального температурного состояния на всех режимах работы двигателя.

Важную роль в поддержании невысокой средней температуры деталей играет охлаждение, которое обычно осуществляется по следующей схеме.

Система пуска включает агрегаты и от­дельные детали, создающие необходимую для начала работы двигателя частоту вра­щения коленчатого вала во всех предус­мотренных эксплуатационных условиях.

Система нейтрализации выпускных газов чаще всего предусматривает снижение концентрации токсичных веществ воздей­ствием на рабочий процесс и установку в выпускном трубопроводе ней­трализаторов и очистителей. В термических и каталитических ней­трализаторах происходят химические ре­акции, в результате чего уменьшается кон­центрация газовых компонентов токсич­ных веществ. Механические и водяные очистители применяют для очистки вы­пускных газов от механических частиц (сажи) и капелек масла. Последние ис­пользуются редко.

Система очистки воздуха от пыли включает воздушные фильтры, ко­торые при работе в условиях за­пыленности воздуха снижают износ деталей двигателя. Любой воздушный фильтр должен эффективно очищать воз­дух от пыли и обладать малым гидравличе­ским сопротивлением. По способу очистки воздуха фильтры делят на инерционные, фильтрующие и комбинированные.

Из других систем, применяющихся на современных двигателях, следует отметить систему регулирования и автоматизации, а также технической диагностики.

Комбинированные двигатели

Сочетание в одном силовом агрегате ДВС и газовой турбины образует так называемый комбинированный двигатель. Существует много схем комбинированных двигателей. Так, в схеме, показан­ной на рис. 7.2, выпускные газы из поршневого двигателя с высокой температурой и давлением расширяются в газовой турбине 2, приводящей в действие компрес­сор 3, который засасывает воздух из атмосферы и под определенным давлением подает его через охладитель 4 в цилиндры поршневой части 1.

Схема комбинированного двигателя

В охладителе пони­жается температура воздуха, вследствие чего возрастает его плотность.

Увеличение наполнения цилиндров двигателя воздухом путем повышения давления на впуске называют наддувом. При наддуве увеличивается свежий заряд, заполняющий цилиндр при впуске, по сравнению с зарядом воздуха в том же двигателе без наддува.

Энергия комбинированного двигателя передается потребителю через вал пор­шневой части или газовой турбины, а также обоими валами одновременно.

Поршневой ДВС и газовая турбина в составе комбинированного двигателя удач­но дополняют друг друга: в первом наиболее эффективно в механическую работу преобразуется теплота малых объемов газов при высоком давлении, а в газовой турбине наилучшим образом используется теплота больших объемов газа низ­кого давления.

Эксплуатация двигателей

Процесс эксплуатации ДВС включает операции пуска, выхода на номинальный режим, регулирования, диагностирования технического состояния и выполнения ремонтных работ.

Пуск двигателя как ясно из его принципа дейст­вия возможен только в том случае, если ко­ленчатый вал приводится во вращение вспомогательным устройством.

Наибольшее распространение имеют электрические системы пуска с питани­ем отаккумуляторной батареи. Они удобны в эксплуатации и требуют минимальных затрат на обслуживание.

Воздушный пуск применяют на дизелях средней и большой мощности. В системах воздушного пуска в цилиндры в такте расширения поступает сжатый воздух из пусковых баллонов и приводит в движение кривошипно-шатунный механизм.

Время подготовки двигателя к приему нагрузки после пуска связано с прогревом двигателя на режиме холостого хода. По условию на­дежности работа двигателей под нагруз­кой разрешается при температуре воды и масла не ниже 40. 45 °С.