Расчет системы пуска кратко

Обновлено: 05.07.2024

Продолжительность пуска системы электродвигатель - рабочая машина рассчитывают графическим или графоаналитическим методом. Расчет продолжительности пуска графоаналитическим методом выполняют в такой последовательности.

1. Во втором квадранте прямоугольной системы координат строят механическую характеристику рабочей машины М _с.З = f (w) (зависимость момента статических сопротивлений машины приведенного к валу электродвигателя от угловой скорости). Для возведения моментов к валу электродвигателя необходимо из таблицы 5.1 взять значения моментов М _с и пользуясь формулой 7.1, свести их к валу электродвигателя. Результаты расчетов занести в табл. 8.1.

w, с -1

М_с, Н×м

М_с.з, Н×м

2. Во втором квадранте прямоугольной системы координат строят также механическую характеристику электродвигателя М _д = f (w).

Механическая характеристика электродвигателя строится по координатам характерных точек с использованием каталожных данных электродвигателя.

2.1. Определяются координаты точки А:

М_д = 0 ; s = 0 ; w_с = .

2.2. Определяются координаты точки В:

S_ном = ; w_ном = ; М_ном = .

2.3. Определяются координаты точки С:

S_к = ; w_к = w_с (1 – s_к) _; М_мах = m_ma_х М_ном.

где m _{ma х} - кратность максимального момента электродвигателя;

m _пуск - кратность пускового момента электродвигателя.

2.4. Определяются координаты точки Д:

2.5. Определяются координаты точки М:

3. Графически находят разницу М _дин = М _д - М _с и строят график динамического момента М _дин = f (w). График динамического момента разделяют на ряд участков через малые промежутки скорости, на каждой из которых динамический момент предполагается постоянным и равным среднему значению, рис.8.1.

Прирост времени на каждом участке определяют по формуле:

где j - сводный к валу электродвигателя момент инерции системы, кг ×м 2 ;

М _{дин.ср.и} - среднее значение динамического момента на и-ом участке, Н ×м.

Масштабом времени m _t, с / см задаются так, чтобы будущая кривая w= f (t) разместилась в первом квадранте прямоугольной системы координат в пределах рисунка.

Расчет удобно вести в табличной форме, табл. 8.1.

Расчет продолжительности пуска системы электродвигатель - рабочая машина

Графоаналитическим методом

№ участка	, с -1	М_дин.ср, Н×м	, с	, с
	М_дин.ср1
	М_дин.ср2
.	.	.	.	.
.	.	.	.	.
.	.	.	.	.
n		М_дин.ср._n		t_n =

Рис. 8.1. Определение продолжительности пуска электропривода

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛНОЙ, АКТИВНОЙ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

Активную мощность, потребляемую электродвигателем из сети, определяют по формуле:

(9.1)

где Р _ном - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

k _с - коэффициент загрузки;

h_{д ном} - номинальное значение КПД электродвигателя.

Реактивную мощность, потребляемую электродвигателем, определяют по

(9.2)

где tg j_ном - тангенс угла при номинальном значении со s j_ном.

Полную мощность, кВА, определяют по формуле

(9.3)

Для пуска двигателя необходимо, чтобы частота вращения его вала обеспечивала условия возникновения и нормальное протекание рабочих циклов в двигателе.

Выбираем масло марки М10Г₂. В соответствии с требованиями ГОСТ 8581-78 предельной температурой холодного запуска автотракторных дизелей со штатной пусковой системой считают -10С.

Выбираем пусковую частоту .

Момент сопротивления при вязкости масла :

где диаметр цилиндра,

коэффициент, учитывающий влияние размеров поверхностей трения на момент сопротивления,.

Расчётное значение момента сопротивления:

где показатель степени, зависящий от частоты вращения,.

По графику (рисунок 6.10 [4]) для температуры -10С вязкость масла

Требуемая мощность пусковой системы:

Мощность стартера для запуска двигателя составляет 4,37 % от мощности двигателя.

Заключение

В результате проделанной работы был спроектирован дизельный 4-х цилиндровый двигатель с водяным охлаждением, предназначенный для установки на грузовой автомобиль категории N2.

По результатам теплового расчёта видно, что двигатель работает в допустимом температурном режиме и при допустимом давлении. Давление в конце сгорания составляет 15,18 МПа, а температура в конце сгорания 2097 К. В тепловом расчёте были определены также основные размеры и параметры двигателя. Диаметр цилиндра , ход поршня, литраж двигателя, эффективная мощность, эффективный момент.

Проведя кинематический и динамический расчёт видно, что путь, скорость и ускорение поршня, а также силы, действующие на кривошипно-шатунный механизм, не выходят за рамки допустимых значений.

В результате проделанного прочностного расчёта деталей поршневой и шатунной группы видно, что вышеназванные детали испытывают в процессе работы напряжения, лежащие в допустимых пределах.

Расчёт системы охлаждения, смазывания, пуска и газораспределительного механизма показал, что они обеспечивают заданные режимы работы, что в свою очередь, обеспечивает работу всего двигателя в целом.

Литература

2. Расчёт и конструирование автомобильных и тракторных двигателей (дипломное проектирование): Учеб. Пособие для вузов /Б.Е. Железко, И.К. Русецкий и др. – Мн.: Выш. Шк., 1987.

3. Д.Н. вырубов, С.И. Ефимов, Н.А.. Иващенко и др.; Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. Двигатели внутреннего сгорания: конструирование и расчёт на прочность поршневых и комбинированных двигателей.-4-е изд., пераб.и доп.-М.: Машиностроение, 1984.-384 с. , ил.

4. Железко Б.Е. Основы теории и динамики автомобильных и тракторных двигателей: [Учеб. пособие для вузов].- Мн.: Выш. школа, 1980.-304 с., ил.

5. Колчин А. И., Демидов В. П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: [Учеб. пособие для вузов].- 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. школа, 2008. - 496 с., ил.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Возможность осуществления надежного пуска двигателя зависит от многих конструктивных и эксплуатационных факторов. Поршневые двигатели внутреннего сгорания начинают работать при относительной высокой частоте вращения коленчатого вала. Пусковое устройство должно вращать коленчатый вал с частотой, достаточной для начала и развития процессов образования. Воспламенения и сгорания топливо-воздушной смеси .и способствовать выходу двигателя на устойчивый режим самостоятельной работы.

Пусковые качества автомобильных двигателей оценивают по минимальной пусковой частоте вращения коленчатого вала n_min и и среднему давлению трения р_т. Минимальная пусковая частота вращения – это наименьшая частоте вращения коленчатого вала, при которой пуск двигателя в заданных условиях происходит за две попытки пуска продолжительностью по 10 с для бензиновых двигателей и по 15 с для дизелей с перерывами между попытками в 1 мин.

Минимальные пусковые частоты определяются по зависимости времени пуска от средней частоты вращения коленчатого вала. требуемы пусковые частоты для автомобильных бензиновых двигателей – 40 – 85 мин -1 , а для дизелей – 50 – 200 мин -1 .

Система пуска представляет собой комплекс устройств, обеспечивающих принудительное вращение вала двигателя внутреннего сгорания.

Тип системы пуска определяется видом используемой энергии и конструкцией основного пускового устройства (стартера). В практике автомобилестроения встречаются инерционные стартеры, пневматические и гидропневматические системы пуска. Однако наибольшее распространение получила электростартерная система пуска,обладающая целым рядом положительных качеств.

Эта система компактна и надежна в работе, обеспечивает возможность автоматизации процесса пуска с помощью несложных электротехнических устройств. Она состоит из аккумуляторной батареи, стартерной цепи (провода, коммутационная аппаратура управления), стартера и средств облегчения пуска. Структурная схема системы пуска изображена на рис. 1.

Рисунок 1 Структурная схема системы электростартерного пуска

Общим элементом для систем пуска и электроснабжения является аккумуляторная батарея. Однако режим ее работы в этих системах различен. В системах электроснабжения батарея работает в режиме циклического разряда и заряда, причем токи не превышают номинальной емкости — до (0,5 . 0,7) С₂₀. В системе пуска батарея разряжается в прерывистых режимах при значениях тока (2 . 5) С₂₀.

Мощность, развиваемая батареей, соизмерима с мощностью стартера. Поэтому характеристики батареи зависят от режима стартерного разряда (силы тока, температуры, продолжительности пуска) и влияют на характеристики самого стартера и тем самым на процесс пуска двигателя. Наиболее важными параметрами батареи, влияющими на процесс пуска двигателя, являются ее емкость и число пластин в аккумуляторе (так называемый счет сборки _), температура электролита Т_э и степень разряженности батареи ΔС_Р.

Батарея в процессе пуска двигателя должна дать определенный ток без уменьшения напряжения ниже заданной минимальной величины (6,0 . 8,0 В для системы на 12 В). Эта величина определяется, с одной стороны, характеристиками стартера, который должен обеспечить прокручивание вала двигателя с частотой, не ниже минимальной пусковой, а с другой — требованиями системы зажигания к минимальному напряжению в первичной цепи катушки зажигания (для карбюраторных двигателей) и минимальным напряжением на тяговом реле стартера при пуске (для дизелей).

В связи с повышением требований к минимальным температурам пуска на ряде двигателей предусмотрена установка средств облегчения пуска холодного двигателя. Как правило, эти устройства за период своей работы (около 30 мин) потребляют энергию от батареи. Таким образом, возникла новая разновидность стартерного разряда холодной аккумуляторной батареи: вначале — на устройства облегчения пуска двигателя сравнительно малым током – до 0,5 С₂₀, а затем — на стартер большим током — (2,5 . 4,0) С₂₀.

В качестве стартерного электродвигателя применяется электродвигатель постоянного тока последовательного или, реже, смешанного возбуждения. Его основными параметрами являются:

1. Номинальное напряжение U_н (6,12, 24 В).

2. Номинальная мощность Р_си.

3. Номинальная частота вращения n_сн и момент М_сн.

4. Ток при максимуме мощности I_сп.

Стартер как электрическая машина характеризуется комплексом электромеханических характеристик — зависимостями момента, частоты вращения якоря, мощности, КПД и напряжения на зажимах от потребляемого тока I_с.

Стартер связан с маховиком двигателя зубчатой передачей, основными параметрами которой являются: передаточное отношение i_дс = = z_mах/z_с, где z_mах — число зубьев венца маховика, z_с — число зубьев шестерни стартера; т — модуль зуба; η_z — КПД зубчатой передачи (0,85 . 0,9.)

Стартер во время эксплуатации автомобиля работает со значительной нагрузкой. Так, средняя частота его включений на 100 км пробега составляет в условиях города для легковых автомобилей 28, а для грузовых – 22.

Приводной механизм системы пуска представляет собой устройство, обеспечивающее ввод и удержание шестерни стартера в зацеплении с венцом маховика во время пуска, передачу необходимого вращающего момента коленчатому валу и предохранение якоря стартерного электродвигателя от разноса вращающимся маховиком работающего двигателя. Тяговое реле стартера является одновременно элементом как приводного механизма, обеспечивая его перемещения по оси вала якоря, так и стартерной цепи, замыкая в конце хода якоря тягового электромагнита силовые контакты цепи питания стартера. Средства облегчения пуска представляют собой устройства, позволяющие увеличить частоту прокручивания коленчатого вала двигателя за счет снижения момента сопротивления прокручиванию или повышения энергетических возможностей пусковой системы и системы зажигания, улучшить условия смесеобразования и воспламенения топлива. Выбор способа и устройства, облегчающих пуск, определяется конструктивными особенностями двигателя, условиями эксплуатации и экономическими факторами.

Электроника и электрооборудование транспортных и

Транспортно-технологических машин и оборудования

Лекция 4

Система пуска двигателя

Учебные вопросы:

Общие сведения о системе пуска двигателя.

Особенности стартерных электродвигателей.

Электромеханические характеристики стартерного электродвигателя.

Общие сведения о системе пуска двигателя

Рисунок 1 Структурная схема системы электростартерного пуска

1. Номинальное напряжение U_н (6,12, 24 В).

2. Номинальная мощность Р_си.

3. Номинальная частота вращения n_сн и момент М_сн.

4. Ток при максимуме мощности I_сп.

Система пуска обеспечивает первоначальное проворачивание коленчатого вала при пуске двигателя, поскольку сам двигатель в неподвижном состоянии не создает вращающего момента, и без внешнего источника энергии не запустится.
Для того, чтобы вдохнуть в двигатель жизнь, его коленчатому валу нужно сообщить определенную начальную (пусковую) частоту вращения, после чего начинают протекать газообменные и термодинамические процессы в цилиндрах, а также функционировать основные системы, обеспечивающие работу двигателя – питания, зажигания, смазки. В цилиндры двигателя начинает поступать горючая смесь (у дизелей – чистый воздух), в нужный момент на свечи зажигания подается искрообразующий электрический импульс, либо впрыскивается порция топлива (у дизелей), а система смазки обеспечивает снижение сил трения при работе механизмов двигателя – двигатель запускается и начинает работать самостоятельно.

При первоначальном проворачивании коленчатого вала системе пуска необходимо преодолеть моменты сопротивления следующих составляющих:

момент сил трения, возникающих между поверхностями сопряженных деталей двигателя и во вспомогательных механизмах, имеющих привод от коленчатого вала;
момент инерционных сил, которые появляются в процессе разгона двигателя, создаваемых движущимися деталями. Основную долю момента инерционных сил составляет момент инерции маховика;
момент сопротивления тепловых циклов горючей смеси, определяемый затратами энергии на расширение и сжатие заряда в цилиндрах двигателя. Эта составляющая зависит от величины компрессии в цилиндрах, степени сжатия и рабочего объема двигателя.

Суммарный момент сопротивления зависит, также, от типа и мощности двигателя, а также от его температуры и технического состояния. Так, с понижением температуры увеличивается вязкость масла смазывающей системы, что приводит к увеличению момента сил трения.

Система пуска должна обладать достаточной мощностью, чтобы преодолеть моменты сопротивления, заставив вращаться коленчатый вал с частотой, необходимой для запуска двигателя. За все время существования двигателей внутреннего сгорания изобретатели и конструкторы разработали и испробовали на практике разнообразные способы пуска двигателей. И в современных двигателях можно встретить разные по принципу действия и конструкции пусковые устройства. При этом используемый в двигателе способ пуска во многом определяется назначением и характером работы машины, а также условиями, в которых она эксплуатируется.

Классификация систем пуска двигателя

Поршневые двигатели внутреннего сгорания можно запустить, раскручивая коленчатый вал различными способами:

Мускульный пуск

Мускульный пуск осуществляется вручную при помощи пусковой рукоятки (или другого аналогичного устройства), либо проворачиванием вывешенного ведущего колеса, когда второе ведущее колесо заторможено (опирается на дорогу и не вращается благодаря дифференциалу).
В данном способе источником энергии для проворачивания коленчатого вала двигателя является мускульная сила человека.

Мускульный пуск применяется на современных автомобилях только в случае отказа штатной системы пуска. Он достаточно опасен с точки зрения травмирования человека, поэтому требует особой осторожности при применении. Запускать дизельный двигатель при помощи мускульного пуска значительно сложнее и опаснее, чем двигатель с принудительным воспламенением из-за высокой степени сжатия в цилиндрах.
В последние годы на легковых автомобилях производителями не предусматриваются штатные устройства для мускульного пуска двигателя.

Пуск методом буксировки

Методом буксировки двигатель можно запустить при помощи другого транспортного средства либо с использованием мускульной силы группы людей или животных (лошадей, мулов и т. п.).
Буксированием автомобиль разгоняется до некоторой скорости, после чего водитель включает передачу КПП (обычно 3-ю) и плавно включает сцепление, заставляя коленчатый вал крутиться.
Данный метод пуска двигателя не применим для автомобилей, оборудованных автоматической коробкой передач.

Пуск от электродвигателя

Пуск от электрического двигателя постоянного тока - стартера, использующего для своей работы энергию аккумуляторной батареи автомобиля. Этот способ наиболее удобен и практичен, поэтому применяется в подавляющем большинстве систем пуска современных автомобильных двигателей.
Стартер конструктивно объединяет электродвигатель постоянного тока, привод с обгонной муфтой, соединяющий стартер с венцом маховика, и электрическое реле включения электродвигателя.

Пневматический пуск

Пневматический пуск осуществляется с использованием энергии сжатого воздуха, который накапливается в специальных баллонах при работе основного двигателя. Этот способ пуска ДВС в автомобильном транспорте применения не нашел; его чаще используют для запуска судовых и тепловозных двигателей, а также дизелей тяжелой бронетанковой техники.

Инерционный пуск

Инерционный пуск с использованием энергии вращающегося маховика, накопившего энергию во время работы двигателя - может использоваться для запуска двигателя после кратковременной остановки. Впрочем, известны инерционные системы пуска, в которых тяжелый маховик первоначально раскручивался вручную, после чего его энергия использовалась для пуска двигателя и после длительной стоянки.
К инерционному пуску можно отнести пуск двигателя, заглохшего во время движения транспортного средства – включение какой-либо передачи КПП при плавном включении сцепления позволяет раскрутить коленчатый вал от вращающихся колес. Такой способ пуска двигателя иногда еще называют ротационным.

Непосредственный пуск

Непосредственный пуск (Direct Start) – перспективный способ пуска двигателя внутреннего сгорания без применения внешних источников механической энергии, предложенный известной фирмой Bosch.
Оригинальность этого способа пуска заключается в том, что с помощью бортового компьютера определяется, какой из цилиндров двигателя наиболее подходит для выполнения такта рабочего хода (поршень находится чуть за пределами верхней мертвой точки), после чего в него подается и воспламеняется небольшая порция горючей смеси – двигатель начинает работать.
По ряду причин этот способ можно использовать в двигателях с числом цилиндров не менее четырех.

Работы над воплощением этой идеи в настоящее время ведутся, и вполне возможно, электрическую систему пуска заменит более эффективный и удобный непосредственный пуск.

Пиротехнический пуск

Еще один редкий способ запуска двигателя. Пиротехнический пуск - способ с использованием пиротехнических веществ, например, пороха, не получивший применения на автомобилях. Этот способ технологически похож на пневматический пуск, и отличается тем, что не требует запаса сжатого воздуха - давление пуска обеспечивают пороховые газы, образующиеся при сгорании пиропатрона, который можно воспламенить электрической искрой или ударом обыкновенного молотка по капселю.
В настоящее время пиротехнический пуск используется на некоторых моделях снегоходов и моторных судовых шлюпок, поскольку удобен тем, что в некоторых условиях для пуска двигателя другие источники энергии недоступны.

Основное требование, предъявляемое к системам пуска двигателя – обеспечение достаточной частоты вращения коленчатого вала, для чего необходим крутящий момент определенной величины. При этом система пуска должна надежно функционировать в любых условиях эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, и минимально расходовать запасы собственных источников энергии транспортного средства.

Вспомогательные устройства пуска двигателя

К системе пуска относятся и устройства, облегчающие пуск холодного двигателя, особенно при низких температурах окружающей среды. Такие устройства в момент пуска холодного двигателя позволяют улучшить искрообразование (в двигателях с принудительным воспламенением смеси), обеспечить подачу в цилиндры горючей смеси необходимого качества и количества, выполняют продувку цилиндров, а также предварительный подогрев горючей смеси, смазочного материала, охлаждающей жидкости и деталей основных механизмов двигателя.

Особенно затруднен пуск холодного двигателя, оборудованного газовой и дизельной системой питания в зимнее время. Здесь, наряду с перечисленными выше причинами, имеют место и специфические трудности пуска, обусловленные характеристиками используемого топлива и типом системы питания.
Так, газовое топливо при выходе из баллонов нуждается в подогреве (газообразное) или испарении (жидкий газ). Для того, чтобы подогреватель или испаритель начали функционировать, необходимо изначально запустить и прогреть двигатель, поскольку в подогревателе используются отработавшие газы, а в испарителе - горячая жидкость системы охлаждения. Очевидно, в холодном состоянии системы двигателя не могут обеспечить нормальный подогрев газа перед подачей его в редуктор и смеситель. Поэтому пуск двигателя в газобаллонных автомобилях обычно осуществляется на бензине, а после некоторого прогрева двигателя переключают систему питания на газообразное топливо.

Для дизелей дополнительной причиной затруднения пуска является холодный воздух. Поскольку дизельный двигатель использует для воспламенения горючей смеси сильное сжатие воздуха, то очевидно, что холодный воздух при одной и той же степени сжатия прогреется меньше, чем теплый воздух, и воспламенение смеси будет затруднено или даже невозможно. Кроме того, высокая степень сжатия в дизелях, характеризующаяся значительным компрессионным сопротивлением, создает дополнительное препятствие работе системы пуска (стартера или пускового двигателя), и при запуске трудно раскрутить коленчатый вал до нужной частоты.
Для устранения описанных причин затрудненного пуска дизелей применяются такие конструкторские решения, как предварительный подогрев воздуха во впускном трубопроводе с помощью специальных электронагревательных свечей, а также декомпрессоры - устройства, снижающие компрессию двигателя в момент раскручивания коленчатого вала перед пуском двигателя. Декомпрессоры обычно открывают клапана (впускной, выпускной или оба), что облегчает стартеру раскручивание коленчатого вала до нужной частоты, а после отключения декомпрессора двигатель запускается.
Кроме того, декомпрессор может быть использован для аварийной остановки двигателя в случае необходимости - снижение компрессии в цилиндрах исключает возгорание горючей смеси, и дизель глохнет.
Конструктивно декомпрессор представляет собой систему тяг и рычагов с ручным или электромагнитным приводом, воздействующих на штанги толкателей и открывающих клапаны ГРМ.

В условиях очень низких температур для облегчения пуска двигателя нередко применяют эфиросодержащие жидкости, впрыскиваемые в небольшом количестве во впускной тракт системы питания.

В холодное время года наиболее удобным и надежным средством облегчения пуска двигателей являются предпусковые подогреватели.

Читайте также: