Основные технические показатели и характеристика пневмодвигателя

Основные технические показатели пневмодвигателей: n — частота вращения выходного звена (вала); ω — угловая скорость; M — крутящий момент; p₁ — абсолютное давление воздуха на входе; p₂ — абсолютное давление воздуха на выходе; Q_m — массовый расход воздуха на входе; Q₀ — объемный расход, приведенный к нормальным атмосферным условиям (ρ₀ = 1,29 кг/м³); N — мощность пневмодвигателя (полезная мощность); N_пт — мощность, потребляемая пневмодвигателем; η_ад — адиабатный КПД; Q_уд — удельный расход воздуха, т. е. расход воздуха на единицу мощности.

Соотношения между техническими показателями пневмодвигателя [3]:

N = Mω = 2πnM; (5.29)

(5.30)

η_ад = N/N_пт; (5.31)

N = N_птη_ад = e_адQ_mη_ад = e_адρ₀Q₀η_ад; (5.32)

Q_уд = Q₀/N. (5.33)

В табл. 5.1 приведены технические показатели основных пневмодвигателей для горных машин.

Таблица 5.3 – Номинальные технические показатели пневмодвигателей

Пневмодвигатель (ГОСТ 10736–71)	Мощность, кВт	Давление сжатого воздуха, МПа	Частота вращения, об/мин	Удельный расход воздуха, м3/(кВт·ч)
Радиально-поршневой	3,0–22,0	0,4	750–3000	72–65
Шестеренный косозубый	2,2–30,0	0,4	750–3000	85–65
Шестеренный шевронный	15-55	0,4	750–3000	60–52

Наименьший удельный расход и наибольший адиабатный КПД имеют шестеренные пневмодвигатели с шевронными зубчатыми роторами. Адиабатный к. п. д., которым учитываются все потери в пневмодвигателе, зависит от типа и размера пневмодвигателя, а также от частоты вращения. Последнее хорошо видно на характеристике пневмодвигателя (рис. 5.11), представляющей собой графическую зависимость между его основными техническими показателями при постоянных значениях давления, температуры и влажности сжатого воздуха на входе.

Рисунок 5.11 – Характеристика пневмодвигателя

На характеристике крутящий момент M имеет максимальное значение M_max при нулевой (или близкой к ней) частоте вращения и непрерывно уменьшается (растут гидравлические потери) с возрастанием последней. Так как мощность пневмодвигателя N = 2πnM, то зависимость N = f (n) выражается параболической кривой, выходящей из начала координат. Мощность, достигнув максимального значения N_max, при дальнейшем увеличении частоты вращения вследствие уменьшения крутящего момента снова приближается к нулевому значению. Подобно кривой мощности N = f (n) выражается и кривая к. п. д. η_ад = f (n).

Технические показатели пневмодвигателя, соответствующие максимальному значению адиабатного КПД η_max (см. рис. 5.30) называются оптимальными: n_опт, N_опт и M_опт. По максимальному адиабатному к. п. д. обычно подсчитывается мощность двигателя (5.30). При этом значения к. п. д. можно принимать η_ад = 0,30¸0,55 для объемных и η_ад = = 0,2¸0,5 для турбинных пневмодвигателей [14]. У пневмодвигателей из-за мягкости характеристики частота вращения в большой степени зависит от нагрузки. При снятии нагрузки (M » 0) частота вращения достигает максимального значения n_max, что может привести к «разносу» двигателя. У поршневых, прямозубых и косозубых шестеренных двигателей n_max » (2,0 ¸ 2,8) n_опт; у шевронных шестеренных двигателей n_max » (1,5 ¸ 1,8) n_опт; у турбинных пневмодвигателей n_max » (1,7 ¸ 2,6) n_опт. Поэтому пневмодвигатели, работающие с переменной нагрузкой, снабжаются регуляторами, обеспечивающими поддержание заданной частоты вращения или ограничивающими ее при снижении нагрузки.

Весьма важным эксплуатационным показателем пневмодвигателя является значение пускового момента, т. е. момента, который он развивает при n = 0. Особенно большой пусковой момент необходим забойным, проходческим и транспортным машинам, где часто пуск осуществляется под нагрузкой. Наибольшие пусковые моменты имеют поршневые, пластинчатые и шевронные шестеренные двигатели, у которых пусковой момент может достигать M_max » (1,5 ¸ 2,0) M_опт. В этом отношении их характеристика соответствует требованиям, предъявляемым к машинам с тяжелым режимом пуска. Прямозубые и косозубые шестеренные двигатели имеют M_max » (1,15 ¸ 1,20) M_опт.

У турбинных пневмодвигателей M_max » (1,7 ¸ 2,5) M_опт, но абсолютное значение крутящего момента из-за небольшой мощности и высокой частоты вращения мало.

Монотонный характер изменения крутящего момента пневмодвигателей является важным фактором в обеспечении устойчивых режимов их работы.

Объемные пневмодвигатели

По своему устройству и принципу действия объемные пневмодвигатели сходны с объемными гидродвигателями. Главным их параметром также является рабочий объем.