Мощность и коэффициент полезного действия машины

Мощность машины определяется общей установленной мощностью двигателей машины или других источников энергии. Ее рассчитывают на максимальное потребление энергии машиной, аппаратом.

Потребная мощность технологических машин (технологическая мощность) определяется количеством механической энергии, необходимой для выполнения работы рабочим органом исполнительного механизма. Потребная мощность обычно меньше установленной вследствие различных затрат энергии в переходных и установившихся режимах работы оборудования.

Установленная мощность двигателя, т. е. энергия, которая подводится к нему от электрической сети в единицу времени, должна учитывать также потери мощности в технологическом процессе при преодолении вредных сопротивлений и потерь энергии в окружающую среду. Установленная мощность должна максимально соответствовать потребляемой мощности в технологическом процессе, а эта мощность, в свою очередь, должна быть минимальной, т. е. сам технологический процесс должен быть предельно совершенным.

Сила воздействия рабочего органа на обрабатываемый продукт и скорость движения рабочего органа — составляющие технологической мощности. В зависимости от характера движения рабочего органа технологическая мощность N выражается формулами:

• при поступательном движении.

• при вращательном движении.

где Р — сила воздействия рабочего органа на обрабатываемый продукт (сопротивление продукта), Н; М — вращающий момент, Н-м; v, w — соответственно, линейная и угловая скорости рабочего органа относительно продукта, м/с и рад/с.

В некоторых машинах мощность N_T затрачивается также на транспортировку обрабатываемых (готовых) изделий или продуктов. В этом случае мощность N_r в зависимости от характера движения машины определяется по формулам, аналогичным тем по которым рассчитывается технологическая мощность:

• при поступательном движении.

• при вращательном движении.

где Р_пр — сила, необходимая для поступательного движения продукта, Н; М_пр — момент силы, необходимый для вращательного движения продукта, Н-м; v_np — линейная скорость движения продукта относительно рабочей камеры, м/с; со_пр — угловая скорость движения продукта относительно рабочей камеры, рад/с.

Общая мощность N^ необходимая для работы машины, с учетом потерь определяется по формуле.

где г| — коэффициент полезного действия (КПД) машины.

Совершенство процесса характеризуется многими показателями, одним из основных является КПД.

Под коэффициентом полезного действия технологической машины или аппарата понимают отношение полезной работы (полезно затраченной энергии) ко всей затраченной работе (энергии). Следовательно, КПД характеризует величину потерь и величину полезно затраченной энергии и в этом смысле является одним из критериев степени совершенства преобразования электрической (тепловой) энергии в механическую и обратно.

Потери энергии в машинах и аппаратах происходят в технологическом процессе, при работе механизмов на холостом ходу, при наличии сил трения в кинематических парах, в результате рассеивания энергии при деформации и вибрации деталей и машин, при выбросах в окружающую среду, при включении сил торможения и т. д.

Расчет КПД можно произвести по формуле.

где N_nojl — полезная мощность (энергия); iV_3aTp — затраченная мощность (энергия).

В общем случае КПД машины определяется как произведение отдельных КПД, учитывающих потери на различных участках машины, например потери в передачах, подшипниках и т. д. Общий КПД при последовательном соединении механизмов можно рассчитать так:

где г_1} г|₂, Л; — КПД отдельных звеньев машины.

Коэффициент полезного действия при параллельном соединении механизмов равен.

где N_1} N₂, …, N_K —мощности, расходуемые на преодоление полезных сопротивлений элементами кинематической цепи; Ы_дс — мощность движущей силы.