Straipsniai :: Technika
Sukimo momentas ir galia
Daugumai neitin patyrusiø automëgëjø iðkyla klausimas: kas yra sukimo momentas ir kaip jis siejasi su galia? Kaip ðios dvi charakteristikos átakoja automobilio dinamikà? Á ðiuos klausimus ir pabandysime atsakyti.
1. Jëga, darbas ir laikas
Tarkime, turime vieno niutono (N) svorio kûnà, pritvirtintà prie grindø. Kokia jëga mes bekeltume (1, 10 ar 50 N), t.y. kiek energijos bevartotume, darbas nebus atliktas, kadangi kûnas pritvirtintas. Jei kûnà iðlaisvintume, ir panaudotume jëgà, ágalinanèià pakelti 1 niutono svorio kûnà á 1 metro aukðtá, bûtø atliktas 1 N·m darbas. Jei ðis veiksmas uþtruktø vienà sekundæ, darbas bûtø atliktas 1 N·m/s greièiu. Jei veiksmo trukmë bûtø 0,1 s, darbas bûtø atliktas 10 N·m/s greièiu ir t.t.
Norint ðá palyginimà pritaikyti automobiliui, reikia iðskirti tris kintamuosius: jëgà, darbà ir laikà.
P a s t a b a: originale pateikti JAV standartus atitinkantys matavimo vienetai (colis, pëda, svaras, minutë ir t.t). Verèiant á lietuviø kalbà visi matavimo vienetai pervesti á metrine sistemà (SI) ir atlikti atitinkami perskaièiavimai:
1" (inch) = 0,0254 m
1 ft (foot) = 12" = 0,3048 m
1 mile = 1,6 km
1 lbs (pound) = 0,454 kg
Prisiminkime praeitá. Ðkotø inþinierius Dþ. Vatas (1736-1819) pastebëjo, kad vidutinis tø laikø arklys galëjo traukti 2449,6 N (550 svarø) kroviná 0,3 m/s (1 ft/s) greièiu, darbà atlikdamas 746,625 N·m/s (33.000 lbs·ft/min) greièiu maþdaug 8 valandas. Savo pastebëjimus jis vieðai paskelbë, pareikðdamas, kad 746,625 N·m/s (W) galia yra ekvivalenti vieno arklio galiai (AG).
1 AG = 746,625 W = 0,747 kW
1 kW = 1,339 AG
Svarbiausia suprasti, kad niekas realiai negali iðmatuoti veikianèio variklio galios. Paprastai dinamometriniu stendu mes galime iðmatuoti tiktai jëgos momentà, matuojamà niutonmetrais (N·m), arba pvz. JAV - svarais pëdom (lbs·ft). Tik iðmatavæ sukimo momentà galësime apskaièiuoti galià, sukimo momento jëgà iðreikðdami galios matavimo vienetais.
Mûsø atveju - turime iðmatuoti jëgà nuo besisukanèiø daliø (alkûninio veleno), t.y. sukimo jëgos momentà. 1 N·m jëgos momentas - tai jëga, reikalinga iðlaikyti 1 N svorio kroviná, pakabintà ant horizontalaus besvorio sverto, 1 m atstumu nuo atramos taðko.
Ásivaizduokime, kad turime minëtà 1 niutono (N) kroviná, pakabintà ant besvorio sverto per 1 metrà nuo atramos taðko (sukimosi centro). Jei mes prasuksime kroviná visà apsisukimà, esant 1 N pasiprieðinimo jëgai, mes nueisime 6,2832 m (2) kelià ir atliksime 6,2832 N·m darbà. Prisiminkime Dþ. Vatà. Jis sakë, kad 746,6 N·m/s arba 44797,5 N·m/min galia tolygi vienai arklio galiai. Jei mes padalinsime 44797,5 N·m darbà ið 6,2832 N·m darbo, padaryto per vienà krovinio apsisukimà, prieisime iðvados, kad 1 N·m sukimo momentas prie 7130 aps/min lygus 44797,5 N·m/min galiai, t.y. 1 AG. Jei mes kroviná suksime 3565 aps/min greièiu, gausime, kad galia lygi 0,5 AG ir t.t. Galime iðvesti formulæ, AG skaièiavimui ið N·m:
AG = N·m * rpm / 7130
2. Sukimo momentas
Kas tai? "Tautiðkai" kalbant, kiekvienas vairuotojas gali pasakyti, kad sukimo momentas "veþa". Bet kuris automobilio, riedanèio bet kuria pavara pagreitis atitiks sukimo momento kreivæ (jei nepaisysime oro pasiprieðinimo ir riedëjimo trinties). Kitaip sakant, iðvystomas pagreitis bus didþiausias, kai sukimo momentas bus kreivës virðûnëje, nesvarbu kuri pavara bus ájungta. Sukimo momentas yra vienintelis galios parametras, kurá vairuotojas gali jausti. Arklio jëgos - tai tik neaiðkus panaðaus konteksto dydis. 100 N·m sukimo momentas prie 2000 aps/min iðvystys toká pat pagreitá, kaip ir prie 4000 aps/min, jei sukimo momento reikðmë bus tokia pati. Pagal formulæ, pats galingumas prie 4000 aps/min padvigubës.
Taigi, arklio jëgos ið dalies nëra tokios svarbios. Galios (arklio jëgomis) ir sukimo momento (niutonmetrais) skaitinës vertës susilygina prie 7130 aps/min.
Prieðingai sukimo momento kreivei, AG kreivë greitai kyla kartu su variklio sukimosi daþniui, ypaè kai sukimo momento kreivë dar nebûna pasiekusi piko. Net kai pastaroji jau leidþiasi þemyn, galios greivë vis dar kyla, kol kyla variklio apsukos. AG kreivë pradeda leistis, kai sukimo momento kreivë pradeda "smigti" greièiau, nei kyla apsukos. Ir net kai galia pasiekia savo pikà, vairuotojas to nejauèia, kadangi sukimo momento reikðmë jau gerokai sumaþëjusi.
Netikite tuo? Tada paimkite bet kurá neturbuotà automobilá (turbina duoda ðiokiø tokiø niuansø) ir ájungæ pirmà pavara ásibëgëkite, kol variklis pasieks sukimo momento pikà. Tada staigiai spûstelëkit akseleratoriø iki dugno. Tikrai pajusite, kaip jûsø nugara ásirëþia á sëdynæ. O dabar leiskite varikliui pasiekti galios pikà. Vël spûstelëjæ akseleratoriø pajusite, kad trauka nebe tokia stipri, kaip pirmu atveju.
3. Galia
Jei jau sukimo momentas toks svarbus, kodël mes paisome galingumo? Todël, kad geriau sukimo momento pikas aukðtesnëse apsukose, negu þemesnëse. Tik tada mes iðnaudosime pavarø dëþës teikiamus privalumus.
Lyrinis nukrypimas. Kartà teko matyti vandens ratà. Tai buvo prieð kelis ðimtmeèius sukonstruotas, masyvus, tingiai besisukantis vandens ratas, kurio velenas prijungtas prie malûno árengimø. Man pavyko suþinoti, kad rato sukimo momentas siekë 3530 N·m . Rato sukosi 12 aps/min greièiu. Jeigu prikabintume rato velenà prie varanèiøjø automobilio ratø, ðie akimirksniu pagreitëtø iki 12 aps/min.
Rato sukimàsis 12 aps/min greièiu apytiksliai prilygsta 1,6 km/h automobilio greièiui. Tam kad greitá pakelti iki 100 km/h, reikalinga aukðinanti pavara. Bet po tokios pavaros, ratai atiduos tik 58 N·m. Tai yra labai maþai. Kad vidutiniam automobiliui pasiekti 100 km/h greitá, reikalingas didesnis sukimo momentas. Panaudokime iðvestà formulæ:
AG = 3530 · 12 / 7130 = 6
Viso labo 6 arklio jëgos !!! Dabar mes matome reikalo esmæ - nors vandens ratas atiduoda daug jëgos, ta jëga yra labai ribota.
4. Lenktyniø trasoje
Dabar iðsiaiðkinsime, kokià átakà automobilio pagreièiui daro galia, nepaisant to, kokius pojûèius sukelia sukimo momentas. Labai geras pavyzdys yra sulyginti du variklius - LT1 Corvette ir 1991 metø L98 Vettes. Ðtai lentelë:
Variklis Max galia AG (rpm) Max suk. mom., N·m (rpm)
L98 250 (4000) 460 (3200)
LT1 300 (5000) 460 (3600)
Automobiliai turi vienodas greièiø dëþes, taip pat jø masë nedaug skiriasi, todël tai yra labai geras palyginimas.
Abu automobiliai prispaus jûsø nugaras prie sëdyniø labai panaðiai, nes vaþiuojant bet kuria pavara, variklis yra arba beveik yra ant sukimo momento maksimalios reikðmës. Viena yra jausti automobilio galià savo kûnu ir visai kas kita yra lenktyniauti trasoje. Va èia ir pastebësime, kad LT1 bus kur kas greitesnis, net jei ir nebus tokios geros traukos, kaip L98. Jei prisiminsime formulæ, suprasime, kodël L98 atsilieka. Ðtai kita formulës iðraiðka:
N·m = AG * 7130 / rpm
Pasinaudojæ ðia iðraiðka apskaièiuosime, kad L98 iðvysto 445 N·m sukimo momentà, esant galios pikui (250 AG / 4000 rpm). Galime prieiti iðvadà, kad sukimo momentas negali bûti didesnis kaip 357 N·m prie 5000 rpm, kitaip variklio galia prie tokiø apsukø bûtø didesnë, kaip 250 AG. Ið tikrøjø L98 prie 5000 rpm iðvysto ne daugiau, kaip 285 N·m.
Kita vertus, LT1 lengvai iðvysto 427 N·m prie 5000 rpm.
Taigi lenktyniø trasoje ðie automobiliai bûtø daugiau ar maþiau lygiaverèiai. L98 gali bûti ðiek tiek pranaðesnis startuojant dël sukimo momento piko þemesnëse apsukose, taèiau LT1 turi platesnæ ir lëkðtesnæ sukimo momento kreivæ. To pasekmë - LT1 ásiverþtø á prieká esant vidutinëms ir aukðtoms apsukoms. Taigi, L98 pranaðesnis startuojant, o LT1 - esant didesnëms apsukoms.
Kitas pavyzdys - LT1 sulyginimas su ZR-1. Ðiuo atveju ZR-1 startuos sunkiau uþ LT1 (sukimo momento pranaðumas èia kompensuojamas didesnës masës), taèiau didesnëse apsukose ZR-1 pranaðesnis, kai LT1 jau turi ájungti aukðtesnæ pavarà.
Yra daugiau ðio reiðkinio pavyzdþiø. Honda Integra GS-R taip pat sunkiau startuoja uþ kitas Integras, taèiau GS-R startas yra ilgesnis, t.y. aukðtesnë pavara ájungiama pasiekus aukðtesnes apsukas.
Paskutinis pavyzdys. Ásivaizduokime, kad turime LT1 variklá. Jo sukimo momento kreivës maksimumas yra 460 N·m prie 3600 rpm, bet uþuot kreivë kritusi iki 430 N·m prie 5000 rpm, ji iðlieka ne maþesnë kaip 430 N·m iki pat 15.000 rpm (nebent turbokompresorius galëtø sustabdyti kreivës kritimà prie tokiø apsukø)
Turedami serijiná LT1 greta aukðèiau apraðytojo, stebëtume toká reiðkiná: startas, kurio metu abu automobiliai startuoja vienodai, po to serijinis automobilis ðiek tiek atsilieka, nes ájungia 2 pavarà. Po kiek laiko jûs jau matote varþovà savo veidrodëlyje, bejungiantá 3, po to 4 pavarà. O jûs vis dar beprotiðkai greitëjate, vaþiuodamas 1 pavara .
Pagal kompiuteriná simuliatoriø, LT1 Vette 0,25 mylios (apie 400 metrø) nuvaþiuoja per 13,38 s ir bûna iðvystæs 104,5 mph (167 km/h) greitá. Tai labai artimi rezultatai, kà gali padaryti realus LT1 "drago" aikðtelëje, esant 100% oro tankiui. O mûsø patobulinto LT1, naudojanèio tik 1 pavarà atitinkami duomenys bûtø tokie: 0,25 mylios per 11,96 s, pasiektas greitis - 135,1 mph (216 km/h). Pastarojo automobilio trauka nebus didesnë, bet bus ilgesnë - o tai akivaizdus pranaðumas - prie 15.000 rpm bus iðvystyta 900 AG galia.
Aiðku, tie, kas domëjosi ir turi þiniø apie sportinius "dragsterius" dabar juokiasi - juk save gerbiantis automobilis per ketvirtá mylios pasiekiantis 135 mph greitá, tà padaro maþiau nei per 10 s. Taip, tai tiesa, taèiau noriu pabrëþti, kad bet koks save gerbiantis variklis, varantis Vette, turi daug didesná, nei 460 N·m sukimo momentà.
Ið esmës, reali Corvette, per ketvirtá mylios pasiekianti 135 mph greitá (èia variklis turbût bus Mega Big Block), turëtø iðvystyti 950-1100 N·m sukimo momentà. Jos trauka bûtø sunkesnë, negu apraðyto "popierinio" tigro. Reikëtø daug modifikacijø, kad toks sukimo momentas bûtø paverstas á automobilio judesá á prieká.
Sugráþkime prie simuliatoriaus. Jei su savo fantastiniu LT1 atlikdami ketvirèio mylios vaþiavimus ámontuotume modufikuotà transmisijà su galinio perdavimo skaièiumi 10.35:1, pasiektume tokius paèius rezultatus, kaip ir su Big Block varikliu.
5. Greièio ruoþe
Þiûrint á greièio maksimumà, laimi galingumas, nes didelis sukimo momentas aukðtose apsukose reiðkia, kad bet kuriam greièiui reikës atitinkamos pavaros, kad iðgauti efektyvø sukimo momentà varanèiuose ratuose.
Galiausiai, operuodami galios maksimumu, jûs darote visà kas geriausia, bet kuriame greityje skaièiuodami sukimo momentà varanèiuose ratuose. Jeigu pagreièio kreivë atitinka sukimo momento kreivæ, tai greièio maksimumà atitinka galios pikas. LT1 Vette vël gali tai pailiustruoti. Jei greitësime iki sukimo momento maksimumo (3600 rpm), ájungæ pavarà, labiausiai tinkamà esamom apsukom, varantieji ratai ágaus sukimo momentà, maþesná uþ variklio sukimo momentà (460 N·m) tiek kartø, koks yra galutinis pavaros perdavimo skaièius.
Jei perjungsime pavarà, kad variklio apsukos pasiektø galios maksimumà (5000 rpm), iðlaikant toká patá greitá, varantieji ratai gaus didesná sukimo momentà, nes pavaros perdavimo skaièius pasikeitë maþdaug 39% (5000/3600), o sukimo momentas sumaþëjo tik 7% (430/460). Jûs iðloðiate 29% varanèiøjø ratø sukimo momento priedà, esant galios maksimumui prieð sukimo momento maksimumà esant duotam automobilio greièiui.
Bet koks kitas variklio greitis (kalbama apie greitá, kuriuo pasiekiamas galios maksimumas) tiktai sumaþins sukimo momentà varanèiuose ratuose. Tai galioja visiems automobiliams. Teoriðkai maksimalus greitis visada bus pasiekiamas, kai variklis dirba maksimalios galios apsukose.
6. Modernizuojant XVIII amþiø
Kas gi bûtø, jei vietoje vandens rato árengtume LT1 variklá, já paleistume 5000 rpm greièiu ir apsukas per pavarà nuþemintume iki 12 rpm? Gautume daugiau kaip 178.000 N·m sukimo momentà.
P a b a i g a i
Kartokite paskui mane: – Geriau turëti didesná sukimo momenrà aukðtesnëse apsukose, negu þemesnëse, nes taip galime geriau iðnaudoti pavarà.
Parengë: MT-Grafas ("Motopasaulis", banga.lt)
2003-06-18 01:49:52 paskelbë scooter.lt.
Skaityta 460 kart., komentarø 0
Jei norite paraðyti komentarà, jûs turite bûti uþsiregistravæs ir prisijungæs prie sistemos! Skaityti komentarus (0)
á virðø
