حساب كفاءة وحدة الآلة

وحدة الآلة - مجموعة من آليات المحرك وآليات النقل وآليات آلة العمل.

دعونا نفكر في اقتراح منفصل. لكل دورة كاملة من هذه الحركة ، الزيادة في الطاقة الحركية تساوي صفرًا:

∑ (mv2) / 2-∑ (mv02) / 2 = 0 (1)

الكفاءة الميكانيكية (الكفاءة) هي نسبة القيمة المطلقة لعمل قوى مقاومة الإنتاج إلى عمل جميع القوى الدافعة لدورة حركة ثابتة. وفقًا لذلك ، يمكن كتابة الصيغة:

ك. يتم تحديده بالصيغة: η = Ап. ق / الجحيم (2)

حيث: Aps - عمل قوى الإنتاج ؛

الجحيم هو عمل القوى الدافعة.

عادةً ما يتم الإشارة إلى نسبة العمل AT للمقاومات غير الإنتاجية إلى عمل القوى الدافعة بواسطة Ψ وتسمى معامل الخسائر الميكانيكية. وفقًا لذلك ، يمكن كتابة الصيغة على النحو التالي:

η \ u003d AT / AD = 1 - Ψ (3)

كلما كانت المقاومة غير منتجة في آلية العمل ، انخفض معامل الخسارة وكلما كانت الآلية أكثر كمالًا من حيث الطاقة.

يتبع من المعادلة: نظرًا لعدم وجود آلية عمل AT ليس قوى إنتاج المقاومة ، قوى الاحتكاك (احتكاك الصقيع ، الاحتكاك المنزلق ، الجاف ، شبه الجاف ، السائل ، شبه السائل) ، عمليًا لا يمكن أن يساوي الصفر ، إذن الكفاءة لا يمكن أن تساوي الصفر.

من الصيغة (2) يترتب على ذلك أن الكفاءة يمكن أن تكون مساوية للصفر إذا

هذا يعني أن الكفاءة تساوي الصفر إذا كان عمل القوى الدافعة يساوي عمل جميع قوى المقاومة غير المنتجة الموجودة في الآلية. في هذه الحالة ، تكون الحركة ممكنة ، لكن بدون القيام بأي عمل. تسمى حركة الآلية هذه بحركة الخمول.

لا يمكن أن تكون الكفاءة أقل من الصفر ، لأنه من الضروري أن تكون نسبة العمل AT / IM أكبر من واحد:

AT / BP> 1 أو AT> BP

ويترتب على عدم المساواة هذه أنه إذا كانت الآلية التي تحقق الشرط المحدد في حالة سكون ، فلا يمكن أن تحدث الحركة الحقيقية. وتسمى هذه الظاهرة آلية الكبح الذاتي.إذا كانت الآلية قيد الحركة. بعد ذلك ، وتحت تأثير قوى المقاومة غير المنتجة ، سوف يبطئ تقدمه تدريجيًا حتى يتوقف (يتباطأ). وبالتالي ، فإن الحصول على قيمة سلبية للكفاءة في الحسابات النظرية هو علامة على الكبح الذاتي للآلية أو استحالة الحركة في اتجاه معين.

وبالتالي ، يمكن أن تختلف كفاءة الآلية في:

0 ≤η< 1 (4)

من الصيغة (2) يترتب على ذلك أن الكفاءة Ψ تختلف في: 0 ≤η< 1

علاقة الآلات بوحدة الآلة.

كل آلة عبارة عن مجموعة معقدة من الآليات المتصلة بطريقة معينة ، ويمكن تقسيم بعض الآليات المعقدة إلى آليات أبسط ، ثم امتلاك القدرة على حساب K.P.D. آليات بسيطة أو وجود قيم معينة تحت تصرفهم من K.P.D. آليات بسيطة ، يمكنك العثور على K.P.D. آلات تتكون من عناصر بسيطة في أي مجموعة منها.

يمكن تقسيم جميع الحالات الممكنة لنقل الحركة والقوة إلى حالات: توصيل متسلسل ومتوازي ومختلط.

عند حساب K.P.D. الاتصالات ، سنأخذ مجموعًا يتكون من أربع آليات منها: N1 = N2 = N3 = N4 ، η1 = η2 = η3 = η4 = 0.9

نحن نقبل القوة الدافعة (BP) = 1.0

خذ بعين الاعتبار K.P.D. اتصال تسلسلي.

يتم تشغيل الآلية الأولى من خلال القوى الدافعة التي تقوم بعمل الجحيم. بما أن العمل المفيد لكل آلية سابقة ، يتم إنفاقه على مقاومة الإنتاج ، هو عمل القوى الدافعة لكل واحدة لاحقة ، ثم K.P.D. η من الآلية الأولى هي:

ثانيًا - η \ u003d A2 / A1

الثالث - η \ u003d A3 / A2

الرابع - η \ u003d A4 / A3

الكفاءة العامة η1n = An / Ad

يمكن الحصول على قيمة عامل الكفاءة هذا بضرب جميع عوامل الكفاءة الفردية 1، η2، η3، η4. نملك

η = η1 * η2 * η3 * η4 = (A1 / AD) * (A2 / A1) * (A3 / A2) * (A4 / A3) = An / AD (5)

وبالتالي ، فإن الكفاءة الميكانيكية الكلية لوصلة الآليات المتسلسلة تساوي ناتج الكفاءة الميكانيكية للآليات الفردية التي تشكل نظامًا مشتركًا واحدًا.

η = 0.9 * 0.9 * 0.9 * 0.9 = 0.6561 = Ap. مع.

خذ بعين الاعتبار K.P.D. اتصال موازية.

عندما يتم توصيل الآليات بالتوازي ، قد تكون هناك حالتان: من مصدر واحد للقوة المحركة ، تنتقل الطاقة إلى عدة مستهلكين ، وتغذي عدة مصادر مستهلكًا واحدًا بالتوازي. لكننا سننظر في الخيار الأول.

مع هذا الصدد: Ap. الصورة = A1 + A2 + A3 + A4

إذا كان K.P.D. كل آلية لها نفس الشيء بعد ذلك وسيتم توزيع الطاقة بالتساوي على كل آلية: I = 1 ثم ⇒ К1 = К2 = К3 = К4 = 0.25.

ثم: η = ∑Кi * ηi (6)

η = 4 (0.25 * 0.90) = 0.90

وبالتالي ، فإن إجمالي K.P.D. اتصال متوازي كمجموع منتجات كل قسم فردي من سلسلة الوحدة.

ضع في اعتبارك كفاءة المركب المختلط.

في هذه الحالة ، يوجد اتصال تسلسلي ومتوازي للآليات.

في هذه الحالة ، يتم نقل الإعلان القوي إلى آليتين (1.3) ، ومنهم إلى البقية (2.4)

بما أن η1 * η2 = A2 و η3 * η4 = A4 ، و K1 = K2 = 0.5

مجموع A2 و A4 يساوي Ap. مع. ثم من الصيغة (1) يمكن للمرء أن يجد K.P.D. الأنظمة

η = К1 * η1 * η2 + К2 * η3 * η4 (7)

η = 0.5 * 0.9 * 0.9 + 0.5 * 0.9 * 0.9 = 0.405 + 0.405 = 0.81

وبالتالي ، فإن إجمالي K.P.D. الوصلة المختلطة تساوي مجموع نواتج المعاملات الميكانيكية المتصلة في سلسلة مضروبة في جزء القوة الدافعة.

طرق تحسين الكفاءة

تهدف الجهود الرئيسية للمهندسين الآن إلى زيادة كفاءة المحركات عن طريق تقليل الاحتكاك في أجزائها ، وفقدان الوقود بسبب الاحتراق غير الكامل ، وما إلى ذلك. الاحتمالات الحقيقية لزيادة الكفاءة هنا لا تزال كبيرة ، الإجراءات تساوي: القيمة الفعلية للكفاءة بسبب أنواع مختلفة من خسائر الطاقة تساوي تقريبًا 40٪. أقصى كفاءة - حوالي 44٪ - لها محركات احتراق داخلي. لا يمكن أن تتجاوز كفاءة أي محرك حراري أقصى قيمة ممكنة وهي 40-44٪.

استنتاج: عند النظر في كل اتصال للآليات على حدة ، يمكننا القول أن أعلى كفاءة للوصلة المتوازية تساوي η = 0.9. لذلك ، في المجاميع ، يجب أن تحاول استخدام اتصال متوازي أو أقرب ما يمكن إليه.

حساب الكفاءة - 4.0 من أصل 5 مرتكز على 3 الأصوات

ربما تساءل الجميع عن كفاءة (معامل الكفاءة) لمحرك الاحتراق الداخلي. بعد كل شيء ، كلما ارتفع هذا المؤشر ، زادت كفاءة عمل وحدة الطاقة. يعتبر النوع الكهربائي الأكثر كفاءة في الوقت الحالي ، ويمكن أن تصل كفاءته إلى 90-95٪ ، لكن بالنسبة لمحركات الاحتراق الداخلي ، سواء كانت ديزل أو بنزين ، بعبارة ملطفة ، فهي بعيدة عن المثالية ...

بصراحة ، تعد خيارات المحركات الحديثة أكثر كفاءة من نظيراتها ، التي تم إصدارها قبل 10 سنوات ، وهناك الكثير من الأسباب لذلك. فكر بنفسك قبل خيار 1.6 لتر ، فقد أعطت 60-70 حصان فقط. والآن يمكن أن تصل هذه القيمة إلى 130-150 حصان. هذا عمل شاق لزيادة الكفاءة ، حيث يتم إعطاء كل "خطوة" عن طريق التجربة والخطأ. ومع ذلك ، لنبدأ بتعريف.

- هذه هي قيمة النسبة بين كميتين ، القدرة التي يزودها العمود المرفقي للمحرك بالقدرة التي يستقبلها المكبس ، بسبب ضغط الغازات التي تشكلت عن طريق اشتعال الوقود.

بعبارات بسيطة ، هذا هو تحويل الطاقة الحرارية أو الحرارية التي تظهر أثناء احتراق خليط الوقود (الهواء والبنزين) إلى طاقة ميكانيكية. تجدر الإشارة إلى أن هذا قد حدث بالفعل ، على سبيل المثال ، في محطات توليد الطاقة البخارية - دفع الوقود أيضًا ، تحت تأثير درجة الحرارة ، مكابس الوحدات. ومع ذلك ، كانت التركيبات أكبر بعدة مرات ، وكان الوقود نفسه صلبًا (عادة الفحم أو الحطب) ، مما جعل من الصعب نقله وتشغيله ، وكان من الضروري باستمرار "إطعامه" في الفرن بالمجارف. تعد محركات الاحتراق الداخلي أكثر إحكاما وأخف وزنا من المحركات البخارية ، كما أن الوقود أسهل في التخزين والنقل.

المزيد عن الخسائر

بالنظر إلى المستقبل ، يمكننا أن نقول بثقة أن كفاءة محرك البنزين في حدود 20 إلى 25٪. وهناك أسباب كثيرة لذلك. إذا أخذنا الوقود الوارد وأعدنا حسابه كنسبة مئوية ، فإننا نحصل على "100٪ من الطاقة" التي يتم نقلها إلى المحرك ، ثم تذهب الخسائر:

1)كفاءة الوقود . لا يحترق كل الوقود ، ويغادر جزء صغير منه مع غازات العادم ، وعند هذا المستوى نفقد بالفعل ما يصل إلى 25٪ من الكفاءة. بالطبع ، تتحسن أنظمة الوقود الآن ، ظهر حاقن ، لكنه بعيد كل البعد عن المثالية.

2) الثاني هو فقدان الحرارة.و . يقوم المحرك بتسخين نفسه والعديد من العناصر الأخرى ، مثل المشعات وجسمه والسائل الذي يدور فيه. أيضا ، جزء من الحرارة يختفي مع غازات العادم. لكل هذا ، ما يصل إلى 35٪ فقدان الكفاءة.

3) الثالث هو الخسائر الميكانيكية . على جميع أنواع المكابس ، قضبان التوصيل ، الحلقات - جميع الأماكن التي يوجد بها احتكاك. يتضمن ذلك الخسائر الناتجة عن حمل المولد ، على سبيل المثال ، كلما زادت الكهرباء التي ينتجها المولد ، كلما زاد إبطاء دوران العمود المرفقي. بالطبع ، تقدمت مواد التشحيم أيضًا إلى الأمام ، ولكن مرة أخرى ، لم يهزم أحد الاحتكاك تمامًا - خسارة أخرى بنسبة 20 ٪

وبالتالي ، في البقايا الجافة ، تبلغ الكفاءة حوالي 20٪! بالطبع ، هناك خيارات بارزة من خيارات البنزين ، حيث يتم زيادة هذا الرقم إلى 25 ٪ ، لكن لا يوجد الكثير منها.

أي إذا كانت سيارتك تستهلك 10 لترات من الوقود لكل 100 كيلومتر ، فسيذهب 2 لتر منها فقط إلى العمل مباشرة ، والباقي عبارة عن خسائر!

بالطبع ، يمكنك زيادة القوة ، على سبيل المثال ، من خلال ملل الرأس ، نشاهد فيديو قصير.

إذا كنت تتذكر الصيغة ، فستحصل على:

أي محرك لديه أعلى كفاءة؟

الآن أريد التحدث عن خيارات البنزين والديزل ، ومعرفة أيهما أكثر كفاءة.

لوضعها بعبارات بسيطة ، وعدم الخوض في غابة المصطلحات التقنية ، إذن - إذا قارنا كفاءتين - فإن أكثرها كفاءة ، بالطبع ، هو الديزل ، وإليك السبب:

1) يحول محرك البنزين 25٪ فقط من الطاقة إلى طاقة ميكانيكية ، لكن محرك الديزل يحول حوالي 40٪.

2) إذا قمت بتجهيز نوع الديزل بشاحن توربيني ، فيمكنك تحقيق كفاءة تتراوح من 50 إلى 53٪ ، وهذا أمر مهم للغاية.

فلماذا هي فعالة جدا؟ إنه أمر بسيط - على الرغم من نوع العمل المماثل (كلاهما وحدات احتراق داخلي) ، فإن محرك الديزل يؤدي وظيفته بشكل أكثر كفاءة. لديها ضغط أكبر ، والوقود يشتعل من مبدأ مختلف. تسخن بدرجة أقل ، مما يعني أن هناك وفورات في التبريد ، ولديها عدد أقل من الصمامات (توفير في الاحتكاك) ، كما أنها لا تحتوي على ملفات الإشعال وشمعات الإشعال المألوفة لدينا ، مما يعني أن تكاليف الطاقة الإضافية غير مطلوبة من المولد. إنه يعمل بسرعات منخفضة ، ليست هناك حاجة لتدوير العمود المرفقي بشكل كبير - كل هذا يجعل نسخة الديزل بطلة في الكفاءة.

حول كفاءة وقود الديزل

من القيمة الأعلى لعامل الكفاءة ، تتبع كفاءة الوقود أيضًا. لذلك ، على سبيل المثال ، يمكن لمحرك سعة 1.6 لتر أن يستهلك 3-5 لترات فقط في المدينة ، على عكس نوع البنزين ، حيث يكون الاستهلاك 7-12 لترًا. يحتوي محرك الديزل على الكثير ، وغالبًا ما يكون المحرك نفسه أكثر إحكاما وأخف وزنًا ، كما أنه أكثر صداقة للبيئة مؤخرًا. كل هذه الجوانب الإيجابية تتحقق بفضل قيمة أكبر، هناك علاقة مباشرة بين الكفاءة والضغط ، انظر إلى لوحة صغيرة.

ومع ذلك ، على الرغم من كل المزايا ، إلا أن لها العديد من العيوب.

كما يتضح كفاءة المحركالاحتراق الداخلي بعيد كل البعد عن المثالية ، وبالتالي فإن المستقبل هو بالتأكيد خيارات كهربائية - يبقى فقط العثور على بطاريات فعالة لا تخاف من الصقيع وتحمل الشحن لفترة طويلة.

بهذا ينتهي ، اقرأ AUTOBLOG الخاص بنا.