Почему самосвал в гору сбрасывает обороты, а тянет сильнее? Води курсор по внешней характеристике карьерного дизеля и смотри мощность, момент, удельный и часовой расход топлива.
Момент как усилие на ключе: сила, умноженная на плечо. Его можно приложить и к неподвижной гайке. Мощность появляется, только когда вал вращается: это момент, умноженный на скорость вращения. Поэтому один и тот же момент на 1000 и на 2000 об/мин дает разную мощность. Внешняя скоростная характеристика снимается на стенде при полной подаче топлива: двигатель нагружают тормозом и записывают мощность, момент и расход на разных оборотах. Это паспорт двигателя, по нему подбирают трансмиссию и понимают, как машина поведет себя в гору.
Мощность считают из момента и оборотов, расход из мощности, а запас тяги из формы кривой момента. Числа под формулами берутся из опыта.
Как связаны мощность и момент?
Мощность это момент, умноженный на угловую скорость: N = M · ω. Обороты в минуту переводим в радианы в секунду: ω = 2π · n / 60. Если еще поделить на 1000, чтобы получить киловатты, все числа собираются в 9550.
Сколько топлива в час?
Удельный расход показывает граммы на каждый киловатт-час. Умножаем на мощность и получаем граммы в час, делим на 1000 и получаем килограммы. Литры: делим еще на плотность топлива, около 0,84 кг/л.
Насколько двигатель упирается без переключения?
Коэффициент приспособляемости: во сколько раз максимальный момент больше момента на номинальных оборотах. Чем он больше, тем дольше машина тянет в гору на одной передаче, сбрасывая обороты.
Момент пропорционален работе одного цикла, то есть среднему давлению pe (тема 3.2). На средних оборотах цилиндр наполняется лучше всего, турбина уже раскрутилась, и момент максимален. На высоких оборотах растет трение, а воздух не успевает заполнить цилиндр, и момент падает.
Мощность это момент, умноженный на обороты. Пока момент падает медленнее, чем растут обороты, мощность растет. Максимум мощности лежит правее максимума момента. Дальше вступает регулятор и не дает двигателю раскрутиться выше допустимого.
Удельный расход меньше всего там, где хорошо наполнены цилиндры, а трение еще невелико: обычно чуть левее максимума момента. На малой нагрузке расход на киловатт-час растет, потому что трение и привод вентилятора и насосов никуда не делись, а полезной работы мало.
Передаточные числа коробки подбирают так, чтобы на каждой передаче двигатель работал между оборотами максимального момента и номинальными. Электропривод самосвала держит обороты дизеля в этой зоне сам.
По удельному расходу и средней загрузке двигателя считают норму литров на моточас. Если машина жжет больше нормы, ищут причину: форсунки, воздушный фильтр, наддув, стиль езды.
После капремонта двигатель обкатывают и проверяют на стенде: мощность и момент должны совпасть с паспортной характеристикой в пределах нескольких процентов.
Самосвал класса 220 т на холостом ходу сжигает 15–25 л/ч. Час лишнего холостого хода в смену на парке из 50 машин это сотни тысяч литров в год.
Тест на остановленном гидротрансформаторе или под нагрузкой генератора: обороты при полной подаче сравнивают с нормой. Если двигатель «садится» ниже, ему не хватает мощности.
На высоте 4000 м производитель снижает допустимую мощность, иначе двигатель перегреется и задымит. Характеристика для высокогорья ниже паспортной, подробнее в теме 3.4.
Кривые построены по нескольким опорным числам (номинальная мощность и обороты, обороты максимального момента, коэффициент приспособляемости, минимальный удельный расход) и гладко соединены параболами. Двигатели «класс QSK60» и «класс MTU 16V4000» имеют близкую к реальной мощность, но это не паспортные кривые конкретных моделей. Частичная нагрузка показана просто: момент уменьшается пропорционально подаче на всех оборотах, а удельный расход растет из-за постоянных потерь на трение. Работа на уровне моря при стандартной температуре.