Диссертация (1024783), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В силовых установках тепловозовприменяютсявысокимиисключительнопоказателямидизельныетопливнойдвигатели.Этообусловленоитоксичностиэкономичностиотработавших газов, присущими дизельным двигателям, сравнительноневысокойценойдизельноготоплива,удобствомибезопасностьюэксплуатации дизелей. Вместе с тем в связи с многорежимностью,свойственной тепловозным силовым установкам, достижение наилучшихэкономических и экологических показателей таких установок невозможнобез их оснащения современными системами автоматического управления ирегулирования, обеспечивающими согласование работы различных системкомбинированного двигателя в условиях реальной эксплуатации.Важнейшейсистемойтепловозныхдизелейявляетсясистематопливоподачи, обеспечивающая требуемый характер протекания процессоввпрыскивания и распыливания топлива, а также последующих процессовсмесеобразования и сгорания.
Качество протекания указанных процессов вомногом предопределяет показатели топливной экономичности и токсичностиотработавших газов дизельного двигателя. Для обеспечения наибольшейэффективностирабочегопроцессадизелянеобходимоорганизоватьформирование оптимизированных характеристик цикловой подачи топлива,закона подачи и его фаз (в частности, угла опережения впрыскиваниятоплива).
При этом наибольшими функциональными возможностямиобладают системы электронного управления топливоподачей, построенныена базе современной микропроцессорной техники.Диссертационная работа посвящена проблемам улучшения показателейтопливной экономичности и токсичности отработавших газов тепловозныхдизельных двигателей путем создания и совершенствования систем10электронного управления топливоподачей.
В работе проведен анализвлияния характеристик топливоподачи (включая характеристики углаопережения впрыскивания топлива) на показатели топливной экономичностиитоксичностиотработавшихгазовдизелей.Разработанысистемыэлектронного управления топливоподачей, обеспечивающие реализациюцелесообразных законов подачи топлива и характеристик изменения углаопережения впрыскивания топлива в тепловозном дизеле. Разработанауточненная методика расчета топливоподачи дизеля, позволяющая оценитьособенности этого процесса в дизелях, оснащенных системами электронногоуправления топливоподачей. Проведены экспериментальные исследованиятепловозного дизеля на моторном стенде с целью оценки влиянияуправления углом опережения впрыскивания топлива на показателитопливнойэкономичностииспользованиисистемыитоксичностиэлектронногоотработавшихуправлениягазовпритопливоподачей.Разработана расчетная методика и проведены расчетные исследованиярабочего процесса дизеля, оснащенного системой электронного управлениятопливоподачей, с целью оценки влияния закона подачи, формируемогосистемой электронного управления, на показатели топливной экономичностиитоксичностиограничительнойотработавшихгазов.характеристикиРазработанатепловозногометодикарасчетадизель-генератора,позволяющая профилировать указанную характеристику с целью ееформированияразработаннойсистемойэлектронногоуправлениятопливоподачей.
Разработана методика оценки динамических свойствсистемы электронного управления топливоподачей, позволяющая определитьдинамические показатели системы управления при сбросе номинальнойнагрузки.Проведеныэксплуатационныеиспытаниятепловоза,оборудованного системой электронного управления топливоподачей, сцелью оценки эффективности этой системы и возможности снижениярасхода топлива дизельным двигателем в реальных условиях эксплуатации.11Разработана методики оценки эффективности использования системыэлектронногоуправлениятопливоподачейсопределениемэксплуатационного расхода топлива при реальном распределении режимовработы двигателей маневровых тепловозов.Актуальность проблемы.В настоящее время совершенствование силовых установок тепловозовчаще всего связано с применением новых конструкционных материалов,технологий, конструкторских решений и систем электронного управления.Применение электронного управления процессами в силовых установкахтепловозов позволяет не только на порядок повысить точность реализациизаданных характеристик, но и обеспечить их стабильность в течениедлительного периода эксплуатации.
В большинстве известных примеровприменения электронного управления на тепловозах разработчики тщательнокопируют применявшиеся ранее законы управления процессами в силовыхустановках. Это позволяет получить определенный технико-экономическийэффект, однако не раскрывает широкий спектр возможностей техническогосовершенствования эксплуатационных характеристик силовых установок засчет применения электронного регулирования.В диссертации рассмотрена проблема совершенствования техникоэкономическиххарактеристиксовершенствованиязаконовдизель-генераторовуправлениятепловозовпроцессомпутемтопливоподачи,нагрузкой тягового генератора, наддувом в установившихся и переменныхрежимах тяговой работы тепловозов с целью снижения расхода топлива иповышения надежности.
В связи с продолжающимся истощением мировыхзапасов нефти, дефицитом нефтепродуктов и высокими ценами на моторныетоплива решение проблемы снижения расхода топлива является весьмаактуальным.Немаловажным аспектом решения поставленной проблемы являетсявозможность совершенствования экологических показателей тепловозных12дизелей посредством электронного управления процессом топливоподачи.Серийные отечественные системы топливоподачи не в полной меререализуют требуемые законы управления топливоподачей и по этой причинене позволяют обеспечить заметное снижение выбросов в атмосферунормируемых токсичных компонентов ОГ.Таким образом, необходимо проведение комплекса исследований,направленныхнаразработкусистемэлектронногоуправлениятопливоподачей, определение оптимизированных характеристик управления,оценку влияния этих характеристик на показатели топливной экономичностии токсичности ОГ, определение динамических свойств системы электронногоуправления топливоподачей, оценку эффективности использования этойсистемывусловияхреальнойэксплуатациитепловозныхдизелей.Результаты таких исследований могут быть использованы при созданииотечественныхэлектронныхсистемуправлениятопливоподачей,обеспечивающих перспективные требования к токсичности ОГ и показателямтопливной экономичности тепловозных дизелей при достижении требуемыхдинамических свойств этих систем.Цель работы: улучшение эксплуатационно-технических характеристикдизель-генераторов тепловозов путем создания и совершенствования системэлектронного управления.Объект исследования: системы электронного управления дизельгенераторами тепловозов.Предмет исследования: взаимосвязь реализуемых законов управлениячастотойвращенияимощностьюдизель-генераторовстехнико-экономическими показателями работы тепловозов.Методы исследований.
Поставленная в работе цель достигаетсясочетанием теоретических и экспериментальных методов исследования. Притеоретических исследованиях использованы методы теории рабочегопроцесса дизелей и теории автоматического регулирования и управления.13Уравненияматематическихсовременныхмоделейаналитическихирешалисьчисленныхсиспользованиемметодов.Результатытеоретических исследований сопоставлялись с результатами испытанийтепловозного дизелянамоторном стендеив условияхреальнойэксплуатации, полученными автором, а также с опубликованными даннымидругих авторов.Научная новизна работы заключается в следующем:- разработаны системы электронного управления топливоподачей симпульснымуправлениемэлектрогидравлическимклапаном,обеспечивающие реализацию оптимизированных законов подачи топлива ихарактеристик изменения угла опережения впрыскивания в тепловозномдизеле;- разработаны новые подходы к созданию алгоритмов управления силовыхустановок тепловозов, реализующих оптимальное управление частотойвращения и мощностью дизель-генераторов при работе на установившихся и переходных режимах работы.- разработана уточненная методика расчета топливоподачи дизеля на базепрограммного комплекса ВПРЫСК, созданного в МГТУ им.
Н.Э. Баумана,позволяющая оценить особенности этого процесса в дизелях, оснащенныхсистемамиэлектронногоуправления топливоподачейсимпульснымуправлением электрогидравлическим клапаном;-разработанаметодикарасчетаограничительнойхарактеристикитепловозного дизель-генератора, базирующаяся на определении требуемойцикловой подачи дизельного топлива на каждой позиции контроллера впереходном процессе при переводе позиции контроллера с низшей навысшую с обеспечением требуемого качества переходного процесса;- разработана методика оценки динамических свойств системы электронногоуправления топливоподачей, базирующаяся на построении амплитудночастотной и фазово-частотной характеристик электронного регулятора14частоты вращения и определении собственной частоты колебаний частотывращения двигателя, суммарного фазового сдвига и ориентировочногозаброса частоты вращения при сбросе номинальной нагрузки;- в сравнительных экспериментальных исследованиях тепловозного дизеляна моторном стенде выявлена возможность улучшения показателейтопливнойэкономичностииспользованиисистемыимпульснымитоксичностиэлектронногоуправлениемотработавшихуправлениягазовпритопливоподачейэлектрогидравлическимсклапаном,обеспечивающей управление углом опережения впрыскивания топлива;- в эксплуатационных испытаниях тепловоза, оборудованного системойэлектронного управления топливоподачей с импульсным управлениемэлектрогидравлическимклапаном,подтвержденаработоспособностьиэффективность этой системы в реальных условиях эксплуатации;- разработана методика оценки эффективности использования системыэлектронного управления топливоподачей, базирующейся на определенииэксплуатационных затрат при распределении режимов работы, характерномдля дизельных двигателей маневровых тепловозов.Достоверность и обоснованность научных положений определяются:- использованием фундаментальных законов и уравнений теории рабочегопроцесса двигателей внутреннего сгорания и теории автоматическогорегулирования и управления, современных численных и аналитическихметодов реализации математических моделей;- совпадением результатов расчетных и экспериментальных исследований иприменениемприоценкеадекватностиматематическихмоделейдостоверных опытных данных, полученных при испытаниях на развернутомдвигателе в стендовых условиях и при эксплуатационных испытанияхтепловоза,оборудованногосистемойэлектронногоуправлениятепловозов,оснащенныхтопливоподачей;-положительнымопытомэксплуатации15электронными системами управления, реализующими разработанные вдиссертации характеристики и алгоритмы.Практическая ценность состоит в том, что:- разработанная система электронного управления топливоподачей симпульсным управлением электрогидравлическим клапаном, позволяющаязначительно снизить расход топлива, установлена и эксплуатируется на рядеотечественных маневровых тепловозов;- уточненная методика расчета топливоподачи дизеля позволяет оценитьособенности этого процесса в дизелях, оснащенных системами электронногоуправления, и с достаточной для практики точностью решать задачипроектирования таких систем для отечественных тепловозных дизелей;- проведенные экспериментальные исследования дизеля, оснащенногосистемойэлектронногоуправлениятопливоподачейсимпульснымуправлением электрогидравлическим клапаном, подтвердили эффективностьиспользования этой системы в отечественных тепловозных дизелях;-проведенныерасчетныеисследованиярабочегопроцессадизеля,оснащенного системой импульсного управления электрогидравлическимклапаном, с использованием ПК ДИЗЕЛЬ-РК, созданного в МГТУ им.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
