Апстракт: Еден од клучните проблеми во проектирањето на машинските склопови кои работаат со моторен (надворешен) погон е како да се прилагодат карактеристиките на силината што ја испорачува моторот и потребата на силина (т.е. нејзините карактеристики) на извршниот дел од машинската постројка, т.е. како да се упарат овие две карактеристики кои се различни во општ случај. Ако машинската постројка е запрежно возило, т.е. нејзиниот извршен дел е кочијата, а погонот е некое домашно животно (коњ) тогаш е лесно: го впрегнуваме домашното животно кон кочијата и проблемот е решен. Но што ако погонот е некој мотор со внатрешно согорување или електромотор? Токму ова ќе е тема на текстот што следува.
Текст: Прво нешто што треба темелно да се изанализира при проектирањето на машини и од таа анализа да произлезе конкретен резултат е да се определат технолошките отпори кои машината треба да ги совлада. Ако се работи за преса треба да се испита како се спротивставува нештото што се притиска или треба да е отпресок, ако се работи за копање на земја треба да се дефинираат отпорите што земјата ги прави при копањето (или орањето), ако се работи за сечење на метал со некоја технолошка постапка треба да се определат отпорите при сечењето со таа технолошка постапка а ако се работи за моторно возило треба да се определат отпорите на погонското тркало (влечна карактеристика). Кога овие отпори ќе ги претставиме во функција на поместувањето на извршните органи, велиме дека сме ја дефинирале карактеристиката на извршните отпори, т.е. сме го дефинирале технолошкиот процес. Кај моторните возила ако го најдеме и дефинираме вртежниот момент (М [Nm]) во функцијата на брзината на погонското тркало (ω [rad/sec]) тогаш велиме дека сме ја пронашле влечната карактеристика. И ова е клучниот момент во проектирањето на машината. Од овде произлегува природата на трансмисијата (преносникот) која ќе ја примениме за моќноста на погонот.
Во општ случај, никогаш не се поклопуваат влечните и погонските карактеристики кај моторните возила (види слика 1) – за ова нешто повеќе ќе стане збор подолу во текстов.
На слика 1 а) се гледа дека природата на погонот од моторот (моментот и аголната брзина) не одговараат на потребната карактеристика на извршниот склоп, т.е. во случајов на погонското тркало. Како се решава овој проблем? Едноставно, со преносник или менувач, види слика 1 б).
За волја на вистината може понекогаш и инцидентно да се случи погонските карактеристики во целост да одговараат со влечните карактеристики и тогаш велиме дека погонското и влечното вратило се спојуваат директно со спојка и проблемот е решен во однос на погонскиот дел од постројката – машината. За ова повеќе ќе стане збор подолу во текстов. Сега да ја анализираме влечната карактеристика кај мотоните возила.
ВЛЕЧНА КАРАКТЕРИСТИКА КАЈ МОТОРНИТЕ ВОЗИЛА
Од пресудно значење е да ја разбереме влечната карактеристика кај моторните возила. Ова е општа карактеристика која е со иста форма, се работи за хипербола кај сите возила, имено, возила на тркала, гасеници, шински возила, мопеди, моторцикли… но, со различни вредности на податоците нанесени на апцисата и ординатата на дијаграмот.
Што треба да подразбереме под влечна карактеристика? Па тоа е зависност на вртежниот момент кој го приложуваме на погонското тркало од неговата аглова брзина или од брзината на возилото. Значи, ако ја најдеме функцијата М = f (ω), тогаш велиме дека сме ја дефинирале влечната карактеристика.
Тоа ќе го направиме со помош на слика 2 и слика 3.
На два начини ќе објаснам како ќе ја најдеме влечната карактеристика. Првиот начин ќе е многу подобар за понеупатените во математиката, а ќе стекнат една релативно добра слика за проблемот, иако тој не го дава одговорот за природата на графикот – кривата. Вториот начин е егзактен, комплетен, математички и е примерен за средните стручни школи и студентите кои ја изучуваат оваа проблематика.
Прв начин: Природен услов кој го задаваме е дека погонот на погонското тркало (погонскиот мотор) ја испорачува својата максимална силина во текот на целиот експеримент кој ќе го изведеме.
На слика 2 е прикажан еден автомобил кој прво се движи на хоризонтална подлога. Автомобилот ќе забрзува се додека не ја постигне максималната брзина. Ова е моментот кој одговара на точка „А“ – голема аголна брзина, а релативно мал вртежен момент. Но, ние ќе претпоставиме дека и потоа забрзува возилото, а тоа значи дека ќе допуштиме максималната моќност којшто го приложуваме на тркалото да тежнее кон бескрај. Како брзината се зголемува, така вртежниот момент на тркалото се намалува. Во граничен случај, кога брзината ќе достигне бескрај, вртежниот момент ќе стане нула. Ова е многу важан момент оти кажува дека кривата асимптотски се приближува кон апцисата. Сега патот фиктивно го подигнуваме полека нагоре и тоа трае во континуитет. Забележуваме дека брзината на возилото (ω [rad/sec], кое сега се качува по нагорнина, се намалува, а моментот на погонското тркало расте. Ова е моментот кој одговара на точка „В“. Ако ги апстрахираме природните ограничувања кои произлегуваат од „Теоријата на движење на моторните возила“, ќе забележиме дека брзината на возилото во еден момент ќе стане нула, а вртежниот момент тогаш ќе има вредност бескрај. Значи, кривата на вртежниот момент и од оваа страна оди во бескрај кога бројот на вртежи на тркалото клони кон нула.
Сега останува уште да ги поврземе овие две точки (види слика 3). Тоа може да биде кривата 1, 2 или 3. А која е, во овој момент не знаеме. Одговор ќе ни даде математичката анализа на проблемот. Следува вториот начин на решение на проблемот.
Втор начин: Ова е математички модел на решение на проблемот. Чиста елеганција, егзактност и рационалнот. Во неколку реда на формули кажани се цели томови на прикаски. Па, да почнеме.
Тргнуваме од условот дека силината P [kW] = const. Од друга страна, знаеме дека производот на вртежен момент M [Nm] и аголна брзина ω [rad/sec] ја дефинира моќта [kW].
Значи:
Последната равенка, равенката на вртежниот момент е всушност законот по кој се менува и се дефинира кривата која треба да ги поврзе точка „А“и точка „В“, а тоа е хипербола.
Дефинитивно: Влечната карактеристика кај моторните возила е идеална хипербола поместена (разместена) за некоја константа „C“. Сега знаеме дека тое е кривата „3“ на слика 3.
На следната слика 4 може да се види како изгледа идеална влечна карактеристика или кратко: Влечна карактеристика кај моторни возила.
ПОГОНСКА КАРАКТЕРИСТИКА
Ако најдеме мотор кој во целост ја има (испорачува) оваа карактеристика (види слика 4), тогаш може без преносник директно да се поврзат со спојка тие две вратила, од погонскиот мотор и од погонското тркало на возилото и проблемот со погонот на возилото е решен. Но, ова многу ретко се случува, да не речам никогаш. Кај се проблемите? Проблемот е во погонската карактеристика којашто зависи од природата на генерирање на моќност во моторната постројка. Така, имаме различни погонски карактеристики за парни мотори, за мотори со внатрешно согорување, кај турбоветерните мотори, кај реактивните мотори, кај електромоторните погони итн.
Погонската карактеристика на, на пример електромоторите на еднонасочна струја е токму идеална хипербола: Онаква каква ни треба. Но, поместена е на страна и ако вратилата се впрегнат без едностепен преносник, погонот на возилото е неупотреблив. Тоа добро се гледа од следнава слика 5.
Значи дека хиперболите се разместени. Тоа добро се гледа од слика 5. Како се излегува од проблемов? Едноставно, само со еден пренос, т.е. една редукција. Значи постојано впрегнати два запчаници, од кои едниот е прикачен на роторот од електромоторот а другиот е прикачен за погонското тркало. При ова, погонската хипербола ќе се поклопи, такаречи ќе се „слее“ со влечната хипербола со што проблемот е решен. Тогаш велиме дека имаме идеален погон за нашето моторно возило – сме ја добиле слика 4 за двете карактеристики кои се идентични.
А што е со моторите со внатрешно согорување, бензински и дизелски? Изгледот на нивната погонска карактеристика е крајно неповолен, т.е. катастрофален. Како изгледа таа карактеристиката може да се види на слика 6.
Веднаш паѓа во очи катастрофално лошиот распоред на моментот. Од една страна тој е во релативно тесно подрачје распределен, а од друга страна има неповолен облик: Само десно од максималната вредност е употреблив дел на моментот. Тој дел кај дизелските мотори е нешто поширок и затоа велиме дека тие се поеластични мотори од бензинските. Бензинските мотори имаат многу тесен употреблив дел на кривата на моментот – значи бараат честа промена на степените на пренос, т.е. брзините.
Проблемот се решава со повеќестепен преносник или менувач. И тоа, колку преносникот има повеќе брзини толку повеќе ќе се приближат карактеристиките и толку погонот ќе биде пооптимално искористен, а возилото посупериорно во својата експлоатација и затоа спортските автомобили имаат голем број на степени на пренос. Ако менувачот има бесконечно многу брзини, тогаш тој преминува во варијатор, погонската карактеристика во целост ќе се поклопи со влечната карактеристика и велиме дека имаме идеален погон, т.е. идеална трансмисија. Но, ова се веќе други проблеми и решенија за кои може да стане збор во некоја друга прилика.
Заклучок: Ова што беше изложено погоре во текстот беше само едно мало кратко упатство и насока за тоа како треба да се проектираат машини, од каде треба да се почне, а со посебен осврт на моторните возила со електромоторен погон со еднонасочен мотор. Логиката и размислувањето се исти за сите машини и постројки воопшто. Да повторам: клучен момент и од каде треба да се тргне во димензионирањето и проектирањето на погонскиот дел од машината е темелно и со помошта на соодветен стручњак и/или стручњаци да се изанализираат во детали технолошките отпори и тие да се претстават преку функција, т.е. да се нацрта нивниот дијаграм или график. Кај моторните возила овај дијаграм се нарекува влечен дијаграм и тој е хипербола. Потоа, знаејќи го овој дијаграм, се одбира видот на погонот кој има најслична погонска карактеристика со влечната карактеристика, а разликите на двете карактеристики се „пеглаат“ со преносник. Така изгледа во суштина проектирањето на погонскиот дел од машината или постројката.
Поука: Не е доволно проектантот да е еден, и само машински инженер сето ова да го изведе! Потребни се познавања и од технолошките процеси за кои машината која ја проектира е наменета. Ова значи дека проектирањето на една машина е синергија (заедничко делување) на повеќе профили од стручњаци: Секој признат и неосперен експерт во својата област. Само така успехот нема да изостане, а машината ќе е конкурентна на светскиот слободен пазар. А тоа значи опстанок на фирмата производител на машини. Значи, нема шала со вакви сериозни и скапи нешта. Настапот мора да е сериозен од самиот почеток па сé до самиот крај (вклучително и маркетингот).
…
Автор: Томе Скендеровски, конструктор и проектант на машини
link до документ во формат .pdf
