Ισχύς ελκυστήρων μέρος 1ο Διαχείριση Γεωργικού Εξοπλισμού Κεφάλαιο 2.3 Ισχύς ελκυστήρων μέρος 1ο Χ. Καβαλάρης Εργαστήριο Γεωργικής Μηχανολογίας ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ

Ο γεωργικός ελκυστήρας είναι μια μονάδα παραγωγής ισχύος που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ωφέλιμου έργου από τα παρελκόμενα γεωργικά μηχανήματα Ο κινητήρας παράγει περιστροφική κίνηση που πρέπει να μεταδοθεί σε……

Υδραυλικό σύστημα ανάρτησης 3 σημείων Σημεία εξόδου της ισχύος του γ.ε. Ηλεκτρικές αναμονές Υδραυλικές αναμονές ΡΤΟ Περιστροφική κίνηση Ο κινητήρας παράγει περιστροφική κίνηση που πρέπει να μεταδοθεί σε…… Δοκός έλξης Άξονες τροχών Υδραυλικό σύστημα ανάρτησης 3 σημείων

Τυπικές σχέσεις κατανομής ισχύος (ASABE Standards) Ισχύς κινητήρα 0,96-0,98 Κιβώτιο ταχυτήτων 0,75-0,81 0,87-0,90 0,85-0,89 0,90-0,92 Άξονας κινητήριων τροχών 0,94-0,96 ΡΤΟ 0,92-0,93 0,86-0,89 Δοκός έλξης (σε τεχνητό διάδρομο)

Κατηγορίες ισχύος

Κατηγορίες ισχύος Θεωρητική ισχύς (ΡΘ) Είναι η ισχύς που παρέχεται από το καύσιμο

Κατηγορίες ισχύος Θεωρητική ισχύς (ΡΘ) Ortiz–Canavate and Hernanz, (1998)

Θεωρητική ισχύς (ΡΘ) Παράδειγμα Βλέπε Άσκηση 2.3.1 Κατηγορίες ισχύος

Ενδεικτική ισχύς (ΡΕΝ) Είναι η αναπτυσσόμενη στο έμβολο ισχύς που αντιστοιχεί στο πραγματικό διάγραμμα p-v Θεωρητική απόδοση Diesel κινητήρων 61,4% Κατηγορίες ισχύος Πραγματική απόδοση Diesel κινητήρων 25-39% Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89

Ενδεικτική ισχύς (ΡΕΝ) Ισχύς = Δύναμη X Ταχύτητα Ρ = F∙υ Κατηγορίες ισχύος F = Πίεση (Π) x Επιφάνεια (Ε ∙Ε) (Ε ∙ Ε = επιφάνεια εμβόλου x αριθμός εμβόλων) υ = Διαδρομή εμβόλων (Δ) x Συχνότητα (Σ) Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89

Ενδεικτική ισχύς (ΡΕΝ) Για δίχρονους κινητήρες προκύπτει η σχέση: Ρ ΕΝ = Π∙Ε∙Δ∙Ε∙Σ 60∙ 10 12 Κατηγορίες ισχύος (kW) Π = (μέση αποδοτική) Πίεση (Pa) Ε = επιφάνεια (διατομή) εμβόλου (mm2) Δ = μήκος της διαδρομής του εμβόλου (mm) Ε = Έμβολα (αριθμός) Σ = Στροφές του στροφαλοφόρου άξονα (rpm) Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89

Ενδεικτική ισχύς (ΡΕΝ) Για τετράχρονους κινητήρες προκύπτει η σχέση: Ρ ΕΝ = Π∙Ε∙Δ∙Ε∙Σ 60∙ 10 12 × 1 2 Κατηγορίες ισχύος (kW) Π = (μέση αποδοτική) Πίεση (Pa) Ε = επιφάνεια (διατομή) εμβόλου (mm2) Δ = μήκος της διαδρομής του εμβόλου (mm) Ε = Έμβολα (αριθμός) Σ = Στροφές του στροφαλοφόρου άξονα (rpm) Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89

Ενδεικτική ισχύς (ΡΕΝ) Αμετάβλητοι παράγοντες Κυβισμός της μηχανής Ρ ΕΝ = Π∙Ε∙Δ∙Ε∙Σ 60∙ 10 12 × 1 2 Κατηγορίες ισχύος (kW) Π = (μέση αποδοτική) Πίεση (Pa) Ε = επιφάνεια (διατομή) εμβόλου (mm2) Δ = μήκος της διαδρομής του εμβόλου (mm) Ε = Έμβολα (αριθμός) Σ = Στροφές του στροφαλοφόρου άξονα (rpm) Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89

Ενδεικτική ισχύς (ΡΕΝ) Παράγοντες που επηρεάζει ο χειριστής αυξομειώνοντας την ποσότητα καυσίμου Ρ ΕΝ = Π∙Ε∙Δ∙Ε∙Σ 60∙ 10 12 × 1 2 Κατηγορίες ισχύος (kW) Π = (μέση αποδοτική) Πίεση (Pa) Ε = επιφάνεια (διατομή) εμβόλου (mm2) Δ = μήκος της διαδρομής του εμβόλου (mm) Ε = Έμβολα (αριθμός) Σ = Στροφές του στροφαλοφόρου άξονα (rpm) Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89

Ενδεικτική ισχύς (ΡΕΝ) Μεγαλύτερη ποσότητα καυσίμου Ισχυρότερη έκρηξη και μεγαλύτερη πίεση των καυσαερίων στον θάλαμο καύσης Κατηγορίες ισχύος Ταχύτερη κάθοδο του εμβόλου (αύξηση των στροφών του κινητήρα) και αύξηση της ωστικής του δύναμης Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89 Μεγαλύτερη ισχύς (P=F∙υ)

Ενδεικτική ισχύς (ΡΕΝ) Παράδειγμα Βλέπε άσκηση 2.3.2 Κατηγορίες ισχύος

Κατηγορίες ισχύος Ισχύς τριβής (ΡΤΡ) Είναι η ισχύς που απαιτείται για την λειτουργία του ίδιου του κινητήρα (τριβές κινούμενων μερών, λειτουργία συστήματος ψύξης, λίπανσης, εισαγωγής – εξαγωγής κ.λ.π.) Κατηγορίες ισχύος Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89

Κατηγορίες ισχύος Ισχύς κινητήρα (ΡΚΙΝ) Η ισχύς που μπορεί να μετρηθεί στον στροφαλοφόρο άξονα ή στον σφόνδυλο Κατηγορίες ισχύος Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89 Μετράται προαιρετικά στους σταθμούς δοκιμών

ΡΚΙΝ = ΡΕΝ - ΡΤΡ Κατηγορίες ισχύος Ισχύς κινητήρα (ΡΚΙΝ) Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89

Ισχύς στον άξονα μετάδοσης (ΡΡΤΟ) Μετράται με ειδικά δυναμόμετρα που συνδέονται στον δυναμοδοτικό άξονα (ΡΤΟ) Κατηγορίες ισχύος Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89 Υποχρεωτική δοκιμή στους σταθμούς δοκιμών του ελκυστήρων

Μέγιστη ισχύς ΡΤΟ (ΡΡΤΟ max) Είναι η μέγιστη ισχύς που μπορεί να αποδώσει ένας ελκυστήρας στο ΡΤΟ με τον μοχλό ελέγχου τροφοδοσίας του καυσίμου σε θέση μέγιστης παροχής Κατηγορίες ισχύος Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89 Δίνεται πάντα από τα εργοστάσια κατασκευής

Ονομαστική ισχύς (ΡΟΝ) Είναι η ισχύς που αποδίδει ο ελκυστήρας όταν ο στροφαλοφορος άξονας του κινητήρα περιστρέφεται με την ονομαστική ταχύτητα Κατηγορίες ισχύος Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89 Η ονομαστική ταχύτητα του κινητήρα καθορίζεται από το εργοστάσιο κατασκευής με γνώμονα την λειτουργία σε πλήρες φορτίο για μακρό χρονικό διάστημα

Μέση ισχύς κινητήρα (ΡΜ) Η ισχύς που αποδίδει ο κινητήρας κατά τις δοκιμές όταν το δυναμόμετρο φορτίζει τον κινητήρα με ροπή ίση με 85% της ροπής που αποδίδει στην μέγιστη ισχύ. Κατηγορίες ισχύος Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89 Είναι ισχύς που μπορεί να αποδώσει ο κινητήρας όταν εργάζεται επί μακρό χρονικό διάστημα

Ισχύς στους άξονες των κινητήριων τροχών( ΡΑΞ) Η ισχύς που φθάνει στους άξονες των τροχών. Κατηγορίες ισχύος Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89 Για ελκυστήρες με 2 κινητήριους τροχούς 94-96% της PPTO

Ισχύς στη δοκό έλξης ( ΡΕΛ) Η ισχύς που μετράται στη δοκό έλξης κατά τις δοκιμές που ορίζουν οι κανόνες του OECD (Organization for Economic Co-operation and Development ) Κατηγορίες ισχύος Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89

Ισχύς στη δοκό έλξης ( ΡΕΛ) Ισχύς κινητήρα Ισχύς από τις τριβές του συστήματος προώθησης Κατηγορίες ισχύος Απώλειες ισχύος από ολισθήσεις των τροχών Απώλειες ισχύος από παραμορφώσεις των τροχών Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89 Ισχύς στη δοκό έλξης ( ΡΕΛ)

Μέση ισχύς έλξης ( ΡΜΕΛ) Η ισχύς που αποδίδει ο ελκυστήρας στην έλξη, όταν φορτίζεται με το 75% του φορτίου των δοκιμών για τον προσδιορισμό της μέγιστης ισχύος στην έλξη Κατηγορίες ισχύος Είναι η ισχύς που μπορεί να αποδώσει ο ελκυστήρας εργαζόμενος επί μακρό χρονικό διάστημα δίχως βλάβες Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89

Κατηγορίες ισχύος Ανηγμένη ισχύς Για να είναι δυνατές οι συγκρίσεις μεταξύ διαφορετικών τύπων ελκυστήρων, γίνεται αναγωγή όλων των αποτελεσμάτων των δοκιμών σε σταθερές ατμοσφαιρικές συνθήκες Κατηγορίες ισχύος Θερμοκρασία 15,5 οC Πραγματικός θερμοδυναμικός κύκλος Diesel τετράχρονου κινητήρα Τσατσαρέλης σελ89 Ατμοσφαιρική πίεση 1,013x105 Pa (1atm)

Μέτρηση της ισχύος των γεωργικών ελκυστήρων

Γίνεται με ειδικά όργανα που ονομάζονται δυναμόμετρα Μέτρηση ισχύος

Μέτρηση ισχύος Δυναμόμετρα - τύποι Απορροφούν όλη την ενέργεια που μεταδίδεται σε αυτά και την αποβάλουν με τη μορφή θερμότητας Δυναμόμετρα απορρόφησης Μηχανικά Υδραυλικά Ηλεκτρικά τύπου δινορρευμάτων Ηλεκτρικά τύπου γεννήτριας Δυναμόμετρα μετάδοσης Με ελατήριο Με ταινίες μήκυνσης Μέτρηση ισχύος Μεταφέρουν την μεταδιδόμενη ενέργεια εξ’ ολοκλήρου, χωρίς απώλειες, σε κάποιο φορτίο

Μέτρηση ισχύος Δυναμόμετρα - τύποι Για περιστροφική κίνηση (στρόφαλος, τροχαλία, ΡΤΟ) Δυναμόμετρα απορρόφησης Μηχανικά Υδραυλικά Ηλεκτρικά τύπου δινορρευμάτων Ηλεκτρικά τύπου γεννήτριας Δυναμόμετρα μετάδοσης Με ελατήριο Με ταινίες μήκυνσης Μέτρηση ισχύος Για γραμμική κίνηση (έλξη)

Μέτρηση ισχύος Δυναμόμετρα - τύποι Δυναμόμετρα απορρόφησης Μηχανικά Υδραυλικά Ηλεκτρικά τύπου δινορρευμάτων Ηλεκτρικά τύπου γεννήτριας Δυναμόμετρα μετάδοσης Με ελατήριο Με ταινίες μήκυνσης Μέτρηση ισχύος

Μέτρηση ισχύος Μηχανικά δυναμόμετρα Δύο ξύλινες σιαγόνες συσφίγγουν τον σφόνδυλο του κινητήρα (ή την τροχαλία)

Μέτρηση ισχύος Μηχανικά δυναμόμετρα Ένας μοχλός που συγκρατείται από έναν ζυγό αποτρέπει την περιστροφή του δυναμόμετρου (πέδη Prony)

Ο ζυγός καταγράφει τη δύναμη F Μηχανικά δυναμόμετρα Ο ζυγός καταγράφει τη δύναμη F Μέτρηση ισχύος

Εάν το σύστημα μπορούσε να περιστραφεί η δύναμη F θα παρήγαγε έργο: Μηχανικά δυναμόμετρα Εάν το σύστημα μπορούσε να περιστραφεί η δύναμη F θα παρήγαγε έργο: Μέτρηση ισχύος W = το έργο (Watt) F= δύναμη (Ν) r = μήκος βραχίονα (m) W = 2πr∙F

Μέτρηση ισχύος Μηχανικά δυναμόμετρα W = 2πr∙F Το σύστημα ΔΕΝ μπορεί να περιστραφεί, ο σφόνδυλος όμως που περιστρέφεται στο εσωτερικό παράγει ισοδύναμο έργο που αναλίσκεται για την υπερνίκηση των τριβών με τις σιαγόνες Μέτρηση ισχύος W = 2πr∙F

Μέτρηση ισχύος Μηχανικά δυναμόμετρα W = 2πr∙n∙F

Μέτρηση ισχύος Μηχανικά δυναμόμετρα 𝑃= 2𝜋𝑟∙𝑛∙𝐹 60 …και η ισχύς: (Watt) 𝑃= 2𝜋𝑟∙𝑛∙𝐹 60 (Watt) 1Watt = 1N∙m/s

Μέτρηση ισχύος Μηχανικά δυναμόμετρα 𝑃= 2𝜋𝑟∙𝑛∙𝐹 60 𝑃= 2𝜋∙𝑛∙𝑇 60 r∙𝐹=𝑇 …και η ισχύς: Μέτρηση ισχύος 𝑃= 2𝜋𝑟∙𝑛∙𝐹 60 𝑃= 2𝜋∙𝑛∙𝑇 60 (Watt) r∙𝐹=𝑇

Μέτρηση ισχύος ή Μηχανικά δυναμόμετρα 𝑃= 2𝜋𝑟∙𝑛∙𝐹 60000 (kW) …και η ισχύς: Μέτρηση ισχύος 𝑃= 2𝜋𝑟∙𝑛∙𝐹 60000 ή (kW)

Μέτρηση ισχύος Μηχανικά δυναμόμετρα 𝑃= 2𝜋𝑟∙𝑛∙𝐹 60000 …και η ισχύς: Για διευκόλυνση των υπολογισμών το μήκος του βραχίονα r υπολογίζεται ώστε η σταθερά να προκύπτει ακέραιος αριθμός Μέτρηση ισχύος 𝑃= 2𝜋𝑟∙𝑛∙𝐹 60000 Σταθερά του οργάνου

Μέτρηση ισχύος Μηχανικά δυναμόμετρα Η μεταβολή της φόρτιση του κινητήρα επιτυγχάνεται με σύσφιξη των σιαγόνων

Υδραυλικά δυναμόμετρα απορρόφησης Η μηχανική τριβή αντικαθίσταται με υδραυλική Μέτρηση ισχύος

Υδραυλικά δυναμόμετρα απορρόφησης Μια πέδη Prony αποτρέπει την περιστροφή του εξωτερικού περιβλήματος και καταγράφει τη δύναμη Μέτρηση ισχύος

Υδραυλικά δυναμόμετρα απορρόφησης Η φόρτιση του κινητήρα επιτυγχάνεται με αυξομείωση της ποσότητας του νερού Μέτρηση ισχύος

Ηλεκτρικά δυναμόμετρα τύπου δινορρευμάτων Βραχίονας τύπου πέδης Prony Επαγωγικά ρεύματα (δινορερεύματα) πηνίο Μέτρηση ισχύος Κινητήρας Ζυγός Στάτορας Ρότορας

Ηλεκτρικά δυναμόμετρα τύπου δινορρευμάτων Η φόρτιση του κινητήρα επιτυγχάνεται με μεταβολή των ρευμάτων διέγερσης Μέτρηση ισχύος Κινητήρας

Ηλεκτρικά δυναμόμετρα τύπου γεννήτριας συνεχούς ρεύματος Μέτρηση ισχύος Γεννήτρια συνεχούς ρεύματος Συστοιχία ηλεκτρικών αντιστάσεων

Ηλεκτρικά δυναμόμετρα τύπου γεννήτριας συνεχούς ρεύματος Παράγεται επαγωγικό ρεύμα με στάτορα και ρότορα το οποίο διοχετεύεται στις ηλεκτρικές αντιστάσεις και μετατρέπεται σε θερμότητα Μέτρηση ισχύος

Ηλεκτρικά δυναμόμετρα τύπου γεννήτριας συνεχούς ρεύματος Η φόρτιση του κινητήρα επιτυγχάνεται με μεταβολή της αντίστασης τόσο στο τύλιγμα του ρότορα όσο και του στάτορα Μέτρηση ισχύος

Δυναμόμετρα έλξης με ελατήριο Χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της ελκτικής δύναμης Μέτρηση ισχύος Απλές κατασκευές για χονδροειδείς μετρήσεις περιορισμένης ακρίβειας

Υδραυλικά δυναμόμετρα έλξης Αντί για ελατήριο περιλαμβάνει ένα έμβολο που συμπιέζει ένα υγρό (λάδι). Μέτρηση ισχύος Ένα μανόμετρο καταγράφει την πίεση του λαδιού Με βαθμονόμηση του οργάνου η πίεση μεταφράζεται σε δύναμη έλξης

Ηλεκτρικά δυναμόμετρα έλξης με ταινίες μήκυνσης Μέτρηση ισχύος

Ηλεκτρικά δυναμόμετρα έλξης με ταινίες μήκυνσης Ειδικές ταινίες μήκυνσης (strain gauges) που επικολλώνται πάνω σε επιφάνειες που υφίστανται παραμόρφωση Μέτρηση ισχύος

Ηλεκτρικά δυναμόμετρα έλξης με ταινίες μήκυνσης Ενεργός παραμόρφωση Όταν παραμορφώνονται αλλάζει το μήκος τους και συνεπώς η αντίσταση Μέτρηση ισχύος Αδρανής παραμόρφωση Από τις ταινίες μήκυνσης διέρχεται ρεύμα πολύ μικρής έντασης (0,3-5mV)

Ηλεκτρικά δυναμόμετρα έλξης με ταινίες μήκυνσης Ένα γαλβανόμετρο μετρά τη μεταβολή της τάσης στο κύκλωμα Μέτρηση ισχύος Οι ταινίες μήκυνσης συνδέονται σε ένα κύκλωμα τύπου γέφυρας Wheatstone

Ηλεκτρικά δυναμόμετρα έλξης με ταινίες μήκυνσης Μέτρηση ισχύος Οι μετρήσεις προσφέρουν πολύ μεγάλη ακρίβεια απαιτούν όμως ιδιαίτερη προσοχή

Μονάδες φόρτισης του ελκυστήρα εν κινήσει Ειδικά βαρέως τύπου οχήματα εφοδιασμένα με δυναμόμετρα και όργανα καταγραφής έλκονται από τους γεωργικούς ελκυστήρες Μέτρηση ισχύος

Μονάδες φόρτισης του ελκυστήρα εν κινήσει Τα ελκόμενα οχήματα χρησιμοποιούν το σύστημα πέδησης ή τους κινητήρες τους για να αναπτύξουν αντίσταση στην έλξη Για μικρά φορτία και για δοκιμές που δεν διαρκούν πολλές ώρες Μέτρηση ισχύος

Μονάδες φόρτισης του ελκυστήρα εν κινήσει Για συστηματικότερες δοκιμές χρησιμοποιούνται σταθερά φορεία με ταινιοπέδες Μέτρηση ισχύος

συνεχίζεται