Автореферат (1024782), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Разработана методика расчета этой ограничительной характеристики для тепловозного дизель-генератора, которая сводится к определению требуемой цикловой подачи топлива на каждой позиции контроллера при его переводе с низшей позиции на высшую с обеспечением требуемого качества переходного процесса. Обычно принимается,что при определении подачи топлива в переходном процессе основнымограничительным параметром является дымность ОГ.
В этом случае экспериментальным путем производится подбор требуемых значений коэффициента избытка воздуха as. Зависимость суммарного коэффициента избыткавоздуха as от цикловой подачи топлива дц, кг/цикл, определяется формулой:в : "-q4* ' т7о)co-A0-Z ’где Gvi - расход воздуха через дизель, кг/с; Z - число цилиндров; Х0 - стехиометрическое соотношение; т - тактность дизеля; со = пп/30 - угловаяскорость вращения вала дизеля, рад/с; п - частота вращения дизеля, мин'1.После дифференцирования коэффициента избытка воздуха as по цикловойподаче топлива qn (при постоянстве (У,., и со) получено:даъGvi ' тс' т(2 )8qam-X0 - q ^ - ZИндикаторная мощность дизеля Nt рассчитаны по формулам:N _= Н и Z со Чц 77, ^ dN^ = H v Z со ^ _+ _^ ^^71 - Т71 - Тгде Ни - низшая теплотворная способность топлива, Дж/кг; //, - индикаторный КПД дизеля.
В начале переходного процесса (D=const и индикаторнаямощность Ni зависит только от индикаторного КПД //, и цикловой подачитоплива qn. Зависимости приращения as от приращения qn и приращения //,от приращения as определены в виде d a ^ = (аа^ / ац^ ) •dqб иdijj = (drjj / д а ^ ) •d a ^ . Тогда формула для с/N, получила вид:,Нтт ■Z • СО 7,G VI- ■7 1 ■Т3/7,- ч/ а\dN, = —- -------------------------------------------------------------- dqu -(jj,---и------ ---п-хсо-Л0 -q -Z даФормула (4) показывает, что при определенных значениях qn, //, и as индикаторная мощность Ni достигнет максимума (при dNj=0). Тогда индика12торный КПД r/h соответствующий максимальной для данного режима мощности, рассчитывается по формуле:0 „ - * т(5)co-A0 -q4 Z да IС учетом полученных соотношений выражение для индикаторного КПДдвигателя на режиме максимальной мощности принимает вид:V ,= a S - - — .(6)davЗависимость индикаторного КПД г/, от as и п определяется экспериментально для каждой позиции контроллера (Рис.
5).Рис. 5. Зависимости индикаторного КПД от коэффициента избыткавоздуха и частоты вращения коленчатого вал а дизеляДля определения as и щ проводятся испытания дизеля на каждой позиции контроллера при различных нагрузках с замером часового расхода топлива GT, , кг/ч, записью индикаторных диаграмм и расчетом среднего индикаторного давления р,. При этом цикловая подача топлива q,h кг/цикл, и индикаторная мощность Л-., Вт, определяются в виде:От-п-тЛГ Pj-Vu-co-ZЧп = — 1---------- ,N* = —— ------------------------------------- ,(7)ц 3600-со-Zл-тгде V/, - рабочий объем одного цилиндра двигателя, м3. С учетом выражений (3) и (7) формула для индикаторного КПД щ приобретает вид:(8)н и ■%В результате исследований для каждого скоростного режима построенызависимости индикаторной мощности, индикаторного КПД и коэффициентаизбытка воздуха от цикловой подачи топлива (Рис.
6). Таким образом, индикаторная мощность дизеля Nt достигает максимума при соответствующейцикловой подаче топлива с/,,. и дальнейшее ее увеличение нецелесообразно.В этом случае при росте q4 из-за низких значений as не обеспечиваетсяполное сгорание топлива. В результате не увеличиваются индикаторнаямощности Л§ и крутящий момента Л/д. наблюдается значительное ухудшение основных показателей дымности и токсичности ОГ.13NimaxРис. 6. Зависимость индикаторноймощности, индикаторного КПД икоэффициента избытка воздуха отцикловой подачи топливаДля проведения аналитических исследований использовано линейноематематическое описание, содержащее дифференциальные уравнения элементов САУ. Разработана методика оценки динамических свойств электронной САУ топливоподачей, позволяющая определить ее динамическиепоказатели.
При этом рассмотрена система управления тепловоза с электронным регулятором частоты вращения, воздействующим на дозирующуюрейку ТНВД дизеля 12 ЧН 26/26, разработанная ООО «ППП Дизельавтоматика» (г. Саратов). Эта система автоматического регулирования частоты(САРЧ) состоит из следующих звеньев (Рис. 7): дизеля с ТНВД; модулятора(диск с зубьями, вращающийся с числом оборотов п); датчика частоты вращения (ДЧВ); электронного регулятора частоты вращения (ЭРЧВ), содержащего блок управления (БУ) и электрогидравлическое исполнительногоустройства (ИУ); рычажной передачи от ИУ к ТНВД.Передаточная функция звена САРЧ записана в виде:W( p) =(9)п—\AiP + Ai лр + ■■■+А Р + А>где Аи, ...
do, Впь ... Во - константы; р - комплексная переменная преобразования Лапласа. Частотные характеристики звена получают при подстановкеp=iоо (где ю - частота колебаний входного сигнала) в выражение (9). Тогдаамплитудно-фазовая частотная характеристика принимает вид:О)'"-1- Вт -2сот ~2 - /Дт — 3Апсо +iA„. хшсоп~' - Ап и 2со11' 1 -гА п —3 со+...+ iAt со + АпВведены следующие обозначения:24ст> = В 0 - В 2со + В4со - . . . ,cw = А 0с о - А 2со + А 4со - . . . ,о5bw = Вусо - В3со + В5со3 ,.15d w = AyCQ-A^co + А 5со - . . .
,где w - входной сигнал; со=2‘7г/ - круговая частота колебаний входногосигнала регулятора системы, с'1; / - частота колебаний этого сигнала, Гц.14г ОРГАНЗАДАНИЯ^ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ^ЭЛЕКТРОННЫЙРЕГУЛЯТОРЧАСТОТЫВРАЩЕНИЯБЛОКУПРАВЛЕНИЯ/ \ уz'иИСПОЛНИТЕЛЬНОЕУСТРОЙСТВОДАТЧИК ЧАСТОТЫВРАЩ ЕНИЯ1_.■мРЫ ЧАЖ НАЯПЕРЕДАЧАhp♦ ТНВДДИЗЕЛЬпМОДУЛЯТОРРис.
7. Структура САРЧ дизеля 12 ЧН 26/26: U - напряжение от БУ к ИУ; у- перемещение выходного органа (поршня сервомотора) ИУ; hv - ход рейкиТНВД; ziM- число зубьев модулятора, проходящих за секунду мимо ДЧВ; г,- число периодов синусоидальных сигналов от ДЧВ.Коэффициент усиления звена САУ к.л, и его фазовый сдвиг узв вычисляются по формулам:9aw + bwb w -cw -a w -d w 180— — Т Т ; = -arctg---------—— ---------------------.(10)cw +dwaw cw + bw aw••кДизель типа 12 ЧН 26/26 описан следующим образом.
Скорость изменения его частоты вращения рассчитывалась по формуле, мин_|/с:dn30 M N hpdtт: hpN I’где M\- - номинальный крутящий момент дизеля, Н м; hv - текущее перемещение рейки ТНВД, мм; hv n - номинальный ход рейки ТНВД, мм; / приведенным момент инерции дизеля и его агрегатов, кг*м .Коэффициент усиления дизеля к:[ и его основной фазовый сдвиг уд, град,вычислялись по формулам:,30 M N30 M N 180сл = -------- — •y n = -a rctg ---------------7171 h „ IVP 71Фазовый сдвиг запаздывания дизеля рассчитывался по формуле, град:у,,л = со /,,д 180/тг, где / , д = 1 5-(2-т+/)//г/ - время запаздывания дизеля, с; т - еготактность; i - число цилиндров.
Суммарный фазовый сдвиг дизеля усд определялся в виде, град: усл = гя + Узд =90° + о л.,л\80/7г.ЭРЧВ, включающий модулятор, датчик частоты вращения, БУ и ИУ,имел звено задержки (учитывает время расчета частоты вращения t3); звенорасчета текущей частоты вращения; звено фильтрации; пропорциональноинтегрально-дифференциальное (ТТИД) звено. Текущее значение частотывращения после звена фильтрации определялось по выражению, мин'1:+ (dnф / б//)7ф = пт, где щ - текущая частота вращения вала после фильтрации, мин'1; dn^dt - текущее значение скорости изменения частоты вра15щения вала после фильтрации, m h h 'V c ; 7ф - постоянная времени звенафильтрации, с. Коэффициент усиления этого звена к$ и фазовый сдвиг звенафильтрации уф, град, определены в виде:I1= I, - >Ф J i+ т у* ЛГ л 180УФ= -arctg (^Ф®)---- •ФФ *ПИД-звено формирует напряжение, подаваемое на электромагнит ИУ.Это напряжение подчиняется закону, определяемому формулой, В:U = h n + k ^ — + k A n d t,12 dt3Jгде п=(пф - п3) - разность между текущей частотой вращения щ (после звенафильтрации) и заданной частотой вращения п3, мин'1; к\ - пропорциональный коэффициент ПИД-звена, В/мин'1; к2 - дифференциальный коэффициент, В с/мин'1; к3 - интегральный коэффициент, В^с мин'1).
Коэффициентусиления ПИД-звена &пид , В/мин'1, и его фазовый сдвиг упид, град, рассчитаны по формулам:1(к3 - к 2а 2 )2 + к; а)2* з~ М > 2 180™ \ф’Гшш8 к,юж'Коэффициент усиления БУ ЭРЧВ кбУ в целом есть произведение коэффициентов усиления звена задержки, звена расчета текущей частоты вращения, звена фильтрации и ПИД-звена, т.е. справедлива формула, В с^бу^з^рч^ф^пид^рч(к3 - k 2CQ2)21+ Т^со2СО2Фазовый сдвиг БУ в целом убУесть сумма фазовых сдвигов звена задержкиу3, звена расчета текущей частоты вращения урч, звена фильтрации уф иПИД-звена упид, поэтому он рассчитывался по выражению, град:убу = -[arctg (t3eo) + arctg (Т^ео) + arctg---- ------- ]кхСО7ГЭлектрогидравлическое ИУ, содержащее электромагнит, золотник, силовой поршень и рычажную передачу обратной связи рассчитано по общепринятой методике.
Коэффициент усиления ЭРЧВ в целом kv определен какпроизведение коэффициентов усиления БУ и ИУ в виде, мм-с:^Р^"бу^иу■(к3 - к 2со2)2 +(к1со)2(1 + t!ф‘I cq2)- [(1 - Т 2со2)2 +(2 дТсо)2]Фазовый сдвиг ЭРЧВ ур есть сумма фазовых сдвигов БУ и ИУ:У6 = Уко + Уёд • Тогда справедливо соотношение, град:къ- к 2(о2. 2 8 Та Л 80ур = -[arctg(/3®) + arctg(7^o) + arctg j 2— + arctg------ — ]k\CO1—/COТак как в замкнутой САРЧ в режиме автоколебаний произведение коэффициентов усиления всех звеньев равно единице, то коэффициент усиления регулятора в этом режиме кщ определен в следующем виде, мм/с'1:16к„wpa*'Л"дчв“'м“'чв“ рп 1) 'f I ^'n ’ (• V/ \ 2 у ) •^(^дчв^м^чв^ппНа Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
