机械动力特性.doc

PAGE PAGE 1 機械動力特性 馮丁樹改編(原高阪知武手稿) 第一節序論 特性(Characteristics) 人有人的個性，機械也有其特性。只要能瞭解機械的特性，我們可以驅駛它為我們工作，不瞭解其性能，則往往要造成不良的後果。就定義而言，凡屬動力機械者，不論其為原動機或作業機，在正常作業過程中，都會遵循所預定的法則及在所許可之範圍內活動。但由於機械本身之構造不一，其所本之活動原理也相當分岐，不同機械之活動自然形成其特有之規則性，綜合此項運動規則，會產生該機械之特有性格，或簡稱為該機械之特性。 特性之種類 機械特性可有許多種，例如引擎運轉時，負荷與耗油率間之變化關係；精米機作業時，對胚芽保留之程度及相關品質的性能等均是。但在諸特性當中，最普遍而又具科學性的則屬機械之動力特性。由於動力特性牽涉力量與速度間之消長關係，且在實際作業當中，十足具有破壞能力，對作業對象常易造成不可預測之結果。所以，凡是要處理動力機械的人，如果對該種機械的動力特性毫無把握，就等於騎馬而不知馬性，是極為危險的事。因此，瞭解動力之特性是設計機械重要的工作。 特性的表示方法 機械的動力特性是一種複雜而特有的觀念，藉此觀念之擴充與研判，可讓我們進一步瞭解動力機械本身之出力情況。一般言，未具備複雜電腦控制系統的動力機械其有關活動的因果關係較為單純，因此在相同原因下所造成的結果都應相同，不會產生變化莫測的機械特性。 為方便討論起見，動力特性的觀念均可利用曲線圖表示。惟就平面圖而言，一般均以二維變化為常態，故常以兩相垂直的座標向量表示兩種變數間之關係。只是有時其所牽涉之因素並不只兩種變數，較複雜的情況有時會牽連多種因子。此時若僅在單一平面圖上表現，將無法窺得全豹。部分特性曲線圖之應用於焉產生。 何謂部份特性？舉一例：某部發電機在定電壓與定轉速之狀態下，所能發揮的供電特性，就是我們所謂之一種部分特性。而在其他電壓與轉速下，亦會產生相類似之部份特性。在此種情況下，必須綜合這些部份特性，方能對整個特性之變化有全盤性之瞭解。然而，又如何把握某部機械特性的全貌或清楚顯示出其整合特性？最簡便之方法則是盡量設法將許多部分特性在一張紙上重疊起來，加上其他技巧，來表達出總合特性，有經驗的工程或技術人員一般都具有一種特有之能力，只憑幾張部份特性圖就能夠在腦海裡勾繪出機械之總合特性; 或者依其特有的靈感，直接把握整個機械之總合特性，專家之真正風格亦在此矣。 特性曲線圖之製作 就一般動力機械言，其有關之特性曲線都是按照實際檢驗之結果繪製而成，這種曲線圖最為確實。在經費、人力均充裕之情況下，這是一種最可靠而且值得推薦之方式。可是，有時常因檢驗設備不夠充實而無法繪出範圍甚廣的特性圖，要怎辦呢？如果有關這部機械之理論發展甚為完備，並且相關之公式或數據亦可利用，則直接採用計算之方法，亦能補充實際檢驗工作所不及之處，這也是目前電腦的專長。例如，電氣機械、水力機械、空氣機械等，凡是在機體內活動的物質，其性質單純而有規律，都可歸併在這一類內。至於一般作業機械，由於所涉及之因子甚多，很難以公式化之方式來應用。尤其在處理普通農業作業機械之特性圖時，千萬不要隨便使用外插法伸張曲線，以擴大範圍，較保守的處理方式是以實際檢驗可及之範圍使用為安全。不過在電腦日益普及的今天，內插或外插法卻是很普遍的方法，這也是最危險的地方，雖然根據統計學的原理也可進行預測的工作，但其不確定性仍有如抽籤卜卦一樣，會使電腦的輸出結果變成一堆垃圾，毫無用處。 機械特性曲線圖之概觀 大體而言，機械特性線圖是為機械選擇工作上之方便而製作的，故其所慣用的表現型式繁多並無標準型式可循，雖然如此，其間仍有一些原則存在： 1.定速特性 定速機械之活動，其速率大致一定。因此，在實際應用上，速度的變化問題可不加考慮。所以，在製作特性圖時，可先將速率固定在某值上，然後從相關諸因素當中，選出較實用且值得關切的因子，把它刻在水平軸上。另外，將其他因素之對應值，分別刻在垂直軸上，並以不同的曲線繪出，這是一般常用的方法。以抽水機為例，其典型之特性圖如圖1-1 所示。圖1-1 泵之效率、馬力、揚程與送水量間之關係在此，送水量Q 最為重要，故將Q 放在水平軸上。其他三種因素--軸馬力、揚程及泵效率等都放在垂直軸上。至於轉速，並無特定曲線，只有n=1000 rpm之標示。圖1-2 不同轉速下之其他特性表示法如果希望充分表達整個抽水機之綜合特性，利用圖1.1 之方式在同一張紙上同時繪出各特性於垂直軸上，以產生不同之曲線之方法，則較不實際。圖1-2 是就流量Q 與揚程h 間之關係所繪製之特性圖。此時，在同一張紙上，繪有不同轉速條件下之Q-h 曲線群。這種線群組合，即是所謂之綜合性部分特性圖。如果再配合有關抽水機效率(圖1.3) 和軸馬力之等因子之相關曲線群，則同