Sukimo momentas ir galia

Šis straipsnelis turėjo būti “antra dalis apie STI”, apie automobilio technines charakteristikas ir apie modelio ateitį.

Tačiau, kaip ir kiekvienas rašantysis, norėčiau, kad skaitytojai suprastų, ką noriu pasakyti. Paprasta manipuliuoti charakteristikomis ir skaičiais, kol nesistengi suvokti, ką jie realiai reiškia. Kalbant šiandien skaudžiai aktualia karo kalba, man tai panašu į mojavimą vėliavomis, užuot ėjus šaudyti, realiai mušti priešą.

Todėl pradėsiu ne nuo charakteristikų pavadinimų ir skaičių, kurie neaišku, ką reiškia, bet nuo “technikumo”, kaip tai pavadintų Mark Solonin, bandantis Youtube išaiškinti, kaip veikia karinė įranga ir kokios yra jos realios galimybės.

Grįžtu “nuo karo prie Subaru”. Pirma charakteristika, tiksliau parametras, apibūdinantis automobilio galimybes, kurį pamatote aprašymuose ir kuriuo galite pasigirti, jei Jūsų automobilis “kietas”, yra galia (Turbūt, sutiksite – šis parametras skamba pirmiausia. Dažnai juo ir apsiribojama.). Kažkur netoliese bus paminėtas ir sukimo momentas. Sakyčiau, kad sukimo momentas besigiriant būna įvardinamas tais atvejais, kai “kietas” ne tik automobilis, bet ir jo savininkas. Juokauju.

Klausimas – kokia dalis kalbančių apie “galią ir momentą” realiai suvokia ir “ant pirštų” galėtų paaiškinti, ką šie parametrai reiškia, kaip suprasti, kuo jie svarbūs ir kaip pasireiškia realiame gyvenime? Atsakymas – labai nedidelė dalis. Na, bent jau man taip atrodo. Dar daugiau, pasižiūrinėjęs šios temos straipsnelius internete, drįsčiau tvirtinti, kad daugelis jų autorių nelabai supranta, apie ką rašo.

Pradėkime nuo vidurinės mokyklos fizikos kurso. Pavartę knygeles, rastumėte parašyta, kad technine prasme galia reiškia galimybę atlikti darbą. Darbas per laiko vienetą. Tai yra, jei kažkokį laiko tarpą naudojotės įrenginio galia, vadinasi tas įrenginys atliko darbą.

Analogiškai apie sukimo momentą: šis parametras reiškia jėgą. Kadangi kalbame apie sukimą, tai, vadinasi, turime jėgą, kuri bando (gali) kažką pasukti apie ašį, atramos tašką arba “kokį šarnyrą” (čia citata iš plačiojo interneto).Įsivaizduokite savo automobilio ratą. Dabar įsivaizduokite, kad iš šono prie rato priklijavote kažkokiais super-klijais tvirtą lazdą, pagalį, kurio vienas galas yra kaip tik ties rato centru, ten, kur ratas užmautas ant ašies, o kitas – kyšo pro ratą tiek, kad būtų patogu įsitverti ir bandyti (stumiant arba traukiant tą pagalį) pasukti ratą. Jei pavyks pasukti – pastumsite automobilį, ar ne? Tai štai, jei pagalio galą stumsite 1 Niutono jėga, o pagalys bus 1 m ilgio, tai Jūsų išterliotą klijais ratą veiks 1 Nm sukimo momentas. Toks pat veiksmas, verčiantis ratą suktis, gali “ateiti” ir nenaudojant klijų bei pagalio, o iš variklio, per visą transmisiją ir jau minėtą rato ašį.

Pridedu paveikslėlį, jame raudonai nupiešiau įsivaizduojamą pagalį, o mėlynai pažymėjau galimą jėgos veikimo kryptį.

1 pav. Sukimo momento pagalys.

Jau po truputį aiškėja? Dar ne? Kalbame toliau.

Akivaizdu, kad charakteristikos susijusios. Belieka paaiškinti ryšį, ir viskas stos į savo vietas. Šį ryšį dviem sakiniais gražiai išdėstė nepasirašęs autorius štai čia: http://www.subaru4you.co.uk/how/how7.shtml
Nežymiai sutrumpinus, skamba taip: “Sukimo momentas yra jėga, kuri gali greitinti automobilį. Galia nurodo, kiek darbo gali variklis atlikti su ta jėga kiekvienu konkrečiu momentu.”

“Momentu” čia reiškia ne tik konkretų laiko momentą, bet ir (svarbu!) kaip greitai tuo konkrečiu laiko momentu sukasi variklio alkūninis velenas, t.y. kokios variklio apsukos.

Dar kartą: ką tik susiejome tris parametrus – sukimo momentą, galią ir apsukas. Kalbame apie variklio jėgą (Nm), esant tam tikroms apsukoms ir variklio galimybę atlikti darbą (kW arba AG), esant toms pačioms apsukoms /tuo pačiu metu.

Pavyzdys. Tarkime, turime mažutį automobiliuką, variklis 75 AG, maksimalus greitis 160 km/h. Suprantama, tą greitį jis pasiekia tam tikra pavara ir esant tam tikroms (gana aukštoms) apsukoms. Neabejotinai šio automobilio variklis turi kažkokį sukimo momentą, pamatuotą, esant maksimalaus greičio apsukoms. Bet jo galios (esant toms apsukoms) pakanka tik nugalėti oro pasipriešinimą ir visas vidines bei išorines trintis. Todėl greičiau jis nevažiuoja. Norint važiuoti greičiau, reikia daugiau apsukų ir daugiau galios, kurią variklis generuoja, esant toms dar aukštesnėms apsukoms. Turėdamas daugiau galios, net jei sukimo momento bus mažai, automobilis vis tiek įsibėgės, tik lėtai, bet visgi greitis augs. Augs, kol užteks galios, t.y. kol variklio “siūloma” galia susilygins su galia, reikalinga visiems kartu sudėtiems įvairių pasipriešinimų judėjimui nugalėjimo darbams atlikti.

Iš kitos pusės, kol apsukos žemos, gali turėti daugybę sukimo momento ir nemenką galią, t.y. turėti traktorių-vilkiką, bet, jei augant apsukoms, jo galia atitinkamai neaugs – traktorius nebus greitas. Ir nėra, ar ne?

Kokia išvada? Pati pirmoji – kad, norint suvokti variklio galimybes, reikia matyti abi jo charakteristikas, ir galios, ir sukimo momento. Antroji, “išplaukianti” tiesiai iš pirmosios – kad reikalingi ne du skaičiai (galia ir momentas), o būtent charakteristikos, turiu mintyje – sukimo momento ir galios priklausomybės nuo variklio apsukų grafikai. Grafikai, kurie parodo, kokia yra variklio sukimo momento ir kokia galios skaitinė vertė, kintant apsukoms visame darbiniame diapazone.

Idealių variklių nebūna, bet, “sumetę į krūvą skaičiukus”, iš tokių grafikų galėsite suprasti, kodėl vilkikai pavelka didžiulius lėktuvus, bet “nepadaro” greičiausio rato Niurburgringe, kodėl sportiniai automobiliai dažnokai “nenori” pajudėti iš vietos žemomis apsukomis ir kodė Jus vakar nuo sankryžos “padarė” kažkoks elektromobilis. Ir dar – galėsite susiskaičiuoti, kada jungti pavarą, jei nori važiuoti kuo ekonomiškiau, o kada – kai reikia greitai.

Beje, meluoju. Tiksliau, leidžiu Jums apsigauti. Kalbu apie variklio charakteristikas, o tarp eilučių skamba “automobilio charakteristikos”. Bet jos skiriasi. Žinoma, įtaką daro masė, juo sunkesnis yra automobilis, tuo varikliui “daugiau darbo” jį greitinti. Bet yra ir daugiau sudėtingos lygties dedamųjų, tokių kaip oro pasipriešinimo koeficientas, įvairios trintys, perdavimo nuostoliai ir panašiai. Vertinant apytiksliai, nuo kai kurių dalykų galima abstrahuotis, jų tiesiog neįskaityti, bet, pavyzdžiui, man labiau patiktų lyginti dviejų automobilių momento /galios charakteristikas, kuriose galia buvo skaičiuota masės vienetui. Būtų “žymiai skaidresnis vaizdelis”.

2 pav. Kurio iš šių dviejų variklių norėtumėte savo automobiliui?

Kartais platus efektyvių apsukų diapazonas, kai “aukštumoje” yra ir galia, ir sukimo momentas, yra nesvarbus. Toks variklis paprastai veikia labai siaurame apsukų diapazone, bet būtent tame diapazone jis veikia labai efektyviai, santykinės kuro sąnaudos yra žemos. Panaudojimas? Elektros generatoriaus sukimui. Toks generatorius gali būti naudojamas ir galinčiuose autonomiškai (be įkrovimo iš elektros tinklo) nuvažiuoti didelius atstumus elektromobiliuose ar, tarkime, lokomotyvuose. Jei įdomu, galite pasiieškoti nuorodų į Atkinsono ar Millerio ciklo variklius.

Priešingas pavyzdys galėtų būti istorija iš Pasaulio ralio čempionato. Jei teisingai prisimenu, Peugeot inžinieriams pavyko išgauti tokį platų darbinį apsukų diapazoną, kad buvo nutarta apsiriboti keturiomis pavaromis, taip taupant perjungimo laiką. Tačiau Markusas Grionholmas, tuo metu vairavęs WRC Peugeot, faktiškai projektą sužlugdė – pasirodo, kad vairuotojui persiorientuoti į keturias pavaras vietoje įprastų penkių, yra sudėtingiau, nei inžinierams sukonstruoti variklį, kuriam užtenka 4 pavarų.

3 pav. Tokį dokumentą gavau po mano Imprezos GT galios matavimų.

1 komentaras

Vytautas Milkintas:

Atsakyti
2022-12-01 / 19:07

labai detalus straipsnis, bet bijau, kad daugelis nesugebės jo viso perskaityti ir tuo labiau suprasti. Daugeliui trukdo stereotipai ir supaprastintas aiškinimas. Pats autorius supranta, kad šią temą suprantamai išdėstyti sunku, bet pastangos tikrai vertos pagyrimo. Aš galingumo ir sukimo momento ryšį aiškinu trumpai – nors madinga kalbėti apie sukimo momentą, bet be galingumo jis nieko neduoda. Nes galingumas supaprastinus yra sukimo momento ir apsukų sandauga. Kalbėti verta nebent apie sukimo momento charakteristiką (automobilio atveju tai duoda patogumą – jeigu momentas lieka daugmaž pastovus plačiame apsukų diapazone – nereikia dažnai perjunginėti pavarų ir pan.). Jeigu turime didelį galingumą, reiškia galime turėti ir didelį sukimo momentą (jo padidinimui skirta pavarų dėžė, reduktorius). Atskira kalba apie elektromobilių variklius – jų variklių didžiausias momentas yra prie minimalių apsukų, todėl greit įsibėgėjama, bet paskui jie greit išsikvepia, todėl jiems nereikalinga (dažniausiai – reikia nagrinėti konkretų atvejį) pavarų dėžė (panaudojus “ilgesnę” pavarą, variklio apsukos sumažėtų, sukimo momentas padidėtų, bet sumažėtų galingumas (kuris kaip tik ir reikalingas greičiui), todėl tai nieko neduotų. Ir iš viso – lyginti automobilių vidaus degimo ir elektros variklių sukimo momento nematau prasmės, nors jis ir minimas charakteristikose…

Rašyti komentarą

Laukai pažymėti * privalomi