Sukimo momentas yra esminė sąvoka fizikoje, mechanikos inžinerijoje ir automobilių inžinerijoje, apibūdinanti jėgos gebėjimą sukelti sukamąjį judesį aplink ašį.
Sukamojo judėjimo kontekste sukimo momentas yra tiesiaeigio judėjimo jėgos ekvivalentas.
Sukimo momentas ir jo matavimas
Norint geriau suprasti šią sąvoką, galima pasinaudoti durų atidarymo analogija. Jei bandote atidaryti duris, panaudodami jėgą, esančią arti vyrių ašies, duris atidaryti sunku. Tačiau jei tą pačią jėgą panaudosite toli nuo ašies, atidaryti duris bus lengviau. Sukimo momentas matuojamas niutonmetrais (Nm) pagal SI matavimo sistemą. Šis matavimo vienetas yra kilęs iš niutono (jėgos vieneto) ir metro (ilgio vieneto) kombinacijos. Tai reiškia, kad 1 niutono metras yra jėgos momentas, lygus 1 niutonui, veikiančiam 1 metro ilgio rėmą. Sukimo momentą galima apibrėžti kaip svirtį veikiančios jėgos ir atstumo tarp jėgos veikimo vietos ir sukimosi ašies sandaugą.
Sukimo momento formulė
Kad būtų galima apskaičiuoti sukimo momento vertę, naudinga formulė M = F * r. Tai reiškia, kad jėga (F) dauginama iš besisukančios rankos (r). Rezultatas pateikiamas niutonmetrais (Nm). Praktiškai didesnis sukimo momentas reiškia, kad objektą sunkiau sustabdyti arba pakeisti jo sukamąjį judesį.
Ryšys tarp sukimo momento ir variklio galios
Sukimo momentas ir variklio galia yra susiję. Variklio galia yra sukimo momento ir kampinio greičio sandauga. Sukimo momentas (M) rodo variklio gebėjimą veikti sukimosi jėga. Kampinis greitis (ω) - tai variklio alkūninio veleno sukimosi greitis radianais per sekundę. Galia (P) - tai energijos kiekis, kurį variklis paverčia per laiko vienetą. Taip pat verta paminėti, kad variklio sukimo momentas ir galia yra svarbūs skirtingomis aplinkybėmis. Galia apibūdina bendrą variklio našumą, ypač važiuojant didesniu greičiu.
Taip pat skaitykite: Sukimo momentas ir pripildymas: ryšys
Sukimo momento vertinimas
Niutonmetrų (Nm) kiekis, laikomas dideliu, priklauso nuo konkrečios paskirties ir mašinos tipo. Apskritai - kuo didesnis sukimo momentas, tuo mašina gali sukurti didesnę sukimosi jėgą ir įveikti didesnį pasipriešinimą. Tačiau verta nepamiršti, kad galutinis vertinimas „daug ar mažai“ priklauso nuo konkrečių aplinkybių ir paraiškos reikalavimų. Vienam taikymui gali pakakti 100 Nm, o kitam gali būti per mažai.
Variklio greičio charakteristika
Variklio greičio charakteristika vadinama grafinę efektyvumo galingumo, efektyvinio, sukimo momento, efektyvinio lyginamojo degalų sunaudojimo priklausomybę nuo alkūninio veleno sūkių. Veikiančio variklio išorinio greičio charakteristika sudaroma specialiame stende apkrovus variklį ir matuojant jo išvystomą sukimo momentą esant įvairių sūkių skaičiui. Žinant sukimosi dažninį ir sukimosi momentą.
Didėjant sukimosi dažniui variklio galingumas didėja, taip pat didėja sukimosi momentas.
Traktoriaus varančioji jėga ir važiavimo greitis
Traktorius slenka atsispirdamas varančiaisiais ratais į žemės paviršių. Atsispyrimo - varančiosios jėgos dydį Fv galima apskaičiuoti žinant ratų sukimo momentą Mt ir spindulį R:
Fv = Mr/R (Fv - N; Mr - Nm; R - m).
Taip pat skaitykite: Kaip sukimo kampas veikia potencinę energiją?
Varančiuosius ratus per tarnsmisiją suka variklis. Todėl ratų sukimo momentą galima apskaičiuoti dauginant variklio sukimo momentą Me iš transmisijos perdavimo skaičiaus iT ir naudingumo koeficiento ηT:
Mr = Me iT ηT. (Nm).
Variklio sukimo momentą Me galima apskaičiuoti žinant jo galią Pe ir veleno apsisukimus ne:
Me = 9570 Pe/ne (Nm).
Rato spindulys R apskaičiuojamas iš padangos matmenų: prie ratlankio spindulio Ro pridedamas padangos aukštis H, padaugintas iš deformacijos koeficiento k = 0,8 - 0,85.
Taip pat skaitykite: Kraujo judėjimo iššūkiai
R = Ro + kH.
Jeigu traktoriaus varantieji ratai nebuksuotų, tai jo teorinis važiavimo greitis v būtų lygus rato vieno apsisukimo metu nueito kelio S = 2πR ir sukimosi dažnio nr sandaugai.
v = (m/s).
Faktiškai traktoriaus greitis vd dėl ratų buksavimo būna mažesnis už teorinį:
vd = v (1 - δ).
Dažnio keitikliai ir sukimo momentas
Šiuo metu pačios moderniausios ir daugiausia privalumų (pvz., didelis energetinis efektyvumas, greičio reguliavimo sklandumas, galimybė integruoti į bendrą automatizavimo sistemą) turinčios kintamosios srovės elektros pavaros yra valdomos panaudojant dažnio keitiklį. Jų galimybės reguliuojant asinchroninio variklio greitį yra daug geresnės negu keičiant statoriaus polių porų skaičių, rotoriaus varžos dydį, statoriaus apvijas perjungiant iš žvaigždės į trikampį. Variklio valdymo būdas, naudojant dažnio keitiklį šiai dienai yra geriausias variantas. Keitikliai dažniausiai naudojami variklio greičiui reguliuoti. Didelis dažnio keitiklio privalumas - esant mažam greičiui pasiekiamas didelis sukimo momentas, o paleidimo srovė siekia 1-1,5 Inom variklio srovės.
Variklio galios nustatymas pagal standartus
Traktorių gamintojai, pateikdami variklių charakteristikas, gali vadovautis įvairiais standartais (DIN, SAE, OECD, GOST, CUNA ir kt.), tarp kurių yra esminių skirtumų. Pvz., atliekant variklio bandymus pagal DIN standartą (DIN 70020), variklis turi būti visiškai sukomplektuotas, o pagal SAE standartą bandymai atliekami, varikliui esant be sankabos, oro filtro, duslintuvo, generatoriaus, ventiliatoriaus ir starterio. Taigi vien dėl to, bandant variklį pagal SAE standartą, gaunami 5-6 proc. didesni galios ir sukimo momento rodikliai negu bandant pagal DIN standartą. Šiuo metu Europos Sąjungoje parduodamų variklių galia nustatoma, vadovaujantis EWG standartu (EWG 80/1269). Variklio komplektacija tokia pati, kaip ir bandant pagal DIN standartą. Dažnai traktorių bei variklių bandymai vykdomi, vadovaujantis OECD standartu. Jį taiko DLG bandymų stotys, testuojančios daugumą Europos traktorių. Šie duomenys nuolat skelbiami žurnaluose „Profi“, „DLZ Agrarmagazin“, „Top Agrar“, „Mano ūkis“ ir kituose leidiniuose. Pagal OECD standartą variklis gali būti bandomas ant stendo. Variklio galia taip pat gali būti matuojama ant jo darbo veleno, traktoriaus traukos jėga - betoniniame treke ir t.t. Matuojant galią ant traktoriaus darbo veleno, įvertinami galios nuostoliai perdavoje, sankaboje bei papildomuose įrenginiuose (alyvos siurblyje, ventiliatoriuje, kompresoriuje ir kt.). Taigi priklausomai nuo traktorių konstrukcijos ypatumų, bandymų rezultatai gali skirtis 5-15 proc. Nepaisant to, dažniausiai variklio galia matuojama ant darbo veleno. Taip matuojama dėl kelių priežasčių. Visų pirma, paprasčiau atlikti bandymus. Tokio matavimo principas yra toks: traktoriaus darbo velenas sujungiamas (kardaniniu velenu) su apkrovos stabdžiu, akceleratoriaus svirtis nustatoma į didžiausio sūkių dažnio padėtį ir, palaipsniui didinant variklio apkrovą, kiekviename taške matuojamas sukimo momentas, sūkių dažnis bei degalų sąnaudos.
Modernių variklių charakteristikos
Modernių variklių charakteristikos pobūdis gerokai skiriasi nuo senesniųjų variklių. Jeigu pastarųjų vardinė galia buvo ir pati didžiausia galia, moderniųjų variklių sukimo momentas, mažėjant sūkių dažniui, taip intensyviai didėja, kad variklio galia ne tik išlieka pastovi tam tikrame sūkių dažnio diapazone, bet net ir padidėja. Tokie varikliai dar vadinami pastovios galios varikliais. Tikslesnis pastovios galios variklio apibrėžimas būtų toks: pastovios galios varikliais vadinami tokie varikliai, kurių sūkių dažniui sumažėjus 10 proc. Modernių variklių sukimo momento padidėjimas siekia iki 50 proc. Kuo labiau padidėja sukimo momentas, tuo labiau jo maksimali reikšmė krypsta mažesnių sūkių dažnių link. Labai geras rodiklis, jei maksimalus sukimo momentas pasiekiamas, sumažėjus variklio sūkių dažniui 30 proc. Svarbus vertinimo kriterijus - santykis tarp sūkių dažnio sumažėjimo ir sukimo momento padidėjimo. Sūkių dažnio diapazone (0,8-0,9)nv sukimo momentas turi didėti kuo staigiau, kad esant kintamai apkrovai, pvz., ant darbo veleno, pastarojo sūkių dažnis kistų nežymiai. Tokia charakteristika gaunama, mažinant sukimo momentą ir esant dideliam sūkių dažniui. Kuo sukimo momentas intensyviau mažėja, tuo didesnis gaunamas galios rezervas, mažėjant sūkių dažniui. Praktiniu požiūriu svarbus dar vienas rodiklis - pradinis sukimo momentas arba variklio sukimo momentas, traktoriui pradedant važiuoti. Manoma, kad modernių variklių sukimo momentas, esant sūkių dažniui 1 000 min-1, turi būti ne mažesnis už vardinį. Varikliuose su turbopripūtimu ir degalų įpurškimo siurblio valdymu, priklausomai nuo pripūtimo slėgio, susiduriama su kita problema. Bandant tokį variklį, kuomet didžiausio sukimo momento kreivė gaunama sūkių dažniui mažėjant nuo vardinių iki 1 000 min-1, pradinis sukimo momentas gaunamas didesnis už vardinį. Tačiau praktiškai, kuomet pradedant važiuoti nuspaudžiamas akceleratoriaus pedalas, bet dar nepadidėja pripūtimo slėgis, degalų įpurškimas yra ribojamas ir išvystomas variklio sukimo momentas yra daug mažesnis už vardinį. Taigi žinant ir suprantant variklio charakteristiką, variklį galima naudoti efektyviau (prisitaikyti prie esamos charakteristikos).