Диссертация (1024783), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Н.Э.Баумана, подтвердили влияние закона подачи на показатели топливнойэкономичности и токсичности ОГ и возможность использования этого ПКдля исследования дизеля с системой электронного управления;-разработаннаятепловозногометодикарасчетадизель-генераторахарактеристикусцельюееограничительнойпозволяетформированияхарактеристикипрофилироватьразработаннойуказаннуюсистемойэлектронного управления топливоподачей;-разработаннаяметодикаоценкидинамическихсвойствсистемыэлектронного управления позволяет определить собственную частотуколебаний частоты вращения двигателя, суммарного фазового сдвига и16ориентировочного заброса частоты вращения при сбросе номинальнойнагрузки;- проведенные эксплуатационные испытания тепловоза, оборудованногосистемойэлектронногоуправлениятопливоподачейсимпульснымуправлением электрогидравлическим клапаном, подтвердили возможностьзаметного снижения расхода топлива в реальных условиях эксплуатации;- разработанная методика оценки эффективности использования системыэлектронногоуправлениятопливоподачейпозволяетопределитьэксплуатационный расход топлива при реальном распределении режимовработы двигателей маневровых тепловозов;- разработано программное обеспечение, реализующее предложенныеавтором характеристики и алгоритмы управления для отечественных дизельгенераторов тепловозов.Реализациярезультатовработы.Разработанныеалгоритмыуправления составили основу созданных под руководством автора серийныхэлектронных регуляторов частоты вращения и мощности типа ЭРЧМ30Т,которые установлены и эксплуатируются на тепловозах ЧМЭ3, ТЭМ2,ТЭМ18Д, 2ТЭ10, 2ТЭ116, ТЭП70 и 2ТЭ25 в количестве более 2000 единиц.Разработаныопытныесистемыэлектронногоуправлениятопливоподачей для ряда тепловозных и автотракторных дизелей, включаядизели, адаптированные к работе на природном газе.
Системы электронногоуправлениятопливоподачейсерийноустановленына160единицахтепловозов ТЭМ2, ТЭМ18Д и ЧМЭ3. Опытный экземпляр системыустановлен на тепловозе 2ТЭ116.Результаты диссертационной работы используются в учебном процессекафедры«Локомотивыилокомотивноехозяйство»ФГБОУВПО«Петербургский государственный университет путей сообщения ИмператораАлександра I» и кафедры «Локомотивы» ФГБОУ ВПО «Самарскийгосударственный университет путей сообщения».17Результаты работы внедрены в опытное проектирование и опытноепроизводство ЗАО «Форант-Сервис» (г.
Ногинск). Результаты работыреализованы в Филиале «Дирекция тяги» ОАО «РЖД» (г. Москва), ОАО«Коломенский завод» (г. Коломна), ОАО «Пензадизельмаш» (г. Пенза),Государственном объединении «Белорусская железная дорога» (г. Минск).Апробация работыОсновные положения и результаты диссертации обсуждались:- на заседании кафедры «Поршневые двигатели» МГТУ им.
Н.Э. Баумана(Москва, 2016 г.);- на международном симпозиуме «Образование через науку», посвященном175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2005 г.);- на межотраслевой научно-технической конференции «Современныепроблемы развития поршневых ДВС», посвященной 75-летию кафедрысудовых двигателей внутреннего сгорания и дизельных установок СПбГМТУ(Санкт-Петербург, 2005 г.);- на международной научно-технической конференции «Двигатель-2007»,посвященной 100-летию школы двигателестроения МГТУ им. Н.Э. Баумана(Москва, 2007 г.);- на II Международной научно-технической конференции «Локомотивы.
XXIвек»,ГосударственныйуниверситетпутейсообщенияимператораАлександра Первого (Санкт-Петербург, 2014 г.);- на заседаниях Всероссийского научно технического семинара (ВНТС) им.проф. В.И. Крутова по автоматическому управлению и регулированиютеплоэнергетических установок при кафедре «Теплофизика» (Э-6) МГТУ им.Н.Э. Баумана (Москва, 2005-2016 г.г.);- на III Международной научно-технической конференции «Локомотивы.XXI век», Государственный университет путей сообщения императораАлександра Первого (Санкт-Петербург, 2015 г.).18Публикации. По теме диссертации опубликовано 39 работ, в том числеодна монография [67], 23 статьи (в том числе 16 из них опубликованы вжурналах, включенных в перечень ВАК рецензируемых ведущих научныхжурналов и изданий) [4, 53, 54, 100-106, 128, 137, 148-150, 189, 195, 197, 212216], 10 материалов конференций [3, 15, 52, 108, 109, 118, 138, 194, 196, 198],5 патентов на изобретение [190-193, 199].Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, семиглав, основных выводов по диссертационной работе, списка использованнойлитературы и приложения. Общий объем работы 321 страница, включая 281страницу основного текста, содержащего 72 рисунка, 34 таблицы. Списоклитературы включает 237 наименований на 25 страницах. Приложение на 40страницах содержит листинги исходных данных для расчета рабочегопроцесса дизеля и листинги результатов расчета рабочего процесса, а такжедокументы о внедрении результатов работы.19ГЛАВА 1.
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОННОГО УПРАВЛЕНИЯТОПЛИВОПОДАЧЕЙ КАК СРЕДСТВО УЛУЧШЕНИЯЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙДИЗЕЛЕЙ ТЕПЛОВОЗОВ1.1. Направления и тенденции развития систем управлениядизель-генераторами тепловозовТепловозная тяга с дизель-генераторами остается одной из основныхсхем создания автономных локомотивов на железнодорожном транспорте [7,16, 58, 208]. Повышение эффективности работы таких установок являетсянепременным условием их дальнейшего совершенствования [6, 51, 83, 110,114, 157]. На современном этапе развития двигателестроения основнымипоказателями,характеризующимиэксплуатационнуюэффективностьтепловозной тяги, являются показатели топливной экономичности итоксичности отработавших газов (ОГ) [68, 71, 79, 97, 112, 204].
При этомнеобходимо учитывать многорежимность дизельных двигателей, особеннодвигателей маневровых тепловозов [11, 12, 134, 219]. В связи с широкимдиапазоном изменения скоростных и нагрузочных режимов таких установокбольшое значение приобретает работа систем управления тепловознымидизель-генераторами [147]. Эти системы не только выполняют традиционныефункции поддержания требуемого скоростного режима работы двигателя, нои позволяют оптимизировать параметры и режимы работы установки,осуществлять корректирование характеристик управления при измененииусловий эксплуатации, осуществлять диагностику двигателя в целом и егоотдельных систем [36, 45, 65].
С этой точки зрения наиболее эффективнымиисовершеннымиявляютсясистемыуправления,современной микропроцессорной технике [59, 66, 78, 124].построенныена20Развитие систем управления дизель-генераторами тепловозов началось ссоздания в России первого в мире мощного тепловоза с электрическойпередачей в 1924 году [18, 20]. Руководил работами профессор ЯковМодестович Гаккель.
В то время уже существовали регуляторы частотывращения коленчатого вала дизеля для судовых и стационарных установок[168]. Это были гидромеханические регуляторы с жесткой обратной связью,позволяющие поддерживать заданную частоту вращения коленчатого валадизеля за счет изменения подачи топлива. При создании тепловоза сэлектрической передачей стало очевидным, что крутящий момент на валудвигателя зависит как от частоты вращения коленчатого вала, так и отмомента тягового генератора, зависящего от тока его возбуждения искорости движения тепловоза [217].Для каждой заданной частоты вращения коленчатого вала дизеля нужнобыло выбрать режим работы генератора, который в свою очередь зависел отскорости движения тепловоза.
На тепловозе Я.М. Гаккеля устанавливалисьдва контроллера управления – один для дискретного изменения заданнойчастоты вращения коленчатого вала, другой для плавного изменениявозбуждениятяговогогенератора.Призаданнойиавтоматическиподдерживаемой частоте вращения машинист должен был регулироватьвозбуждение тягового генератора так, чтобы при разных скоростях движениямощность тягового генератора соответствовала заданной частоте вращения(заданному закону регулирования NГ=NГ(д), где NГ – мощность на фланцетягового генератора, кВт; д – угловая скорость вращения коленчатого валадизеля, с-1.Рассмотрим более подробно закон регулирования, алгоритм такогоуправления и связанные с ним процессы. Схематично универсальнаяхарактеристика дизеля без наддува или с низким наддувом показана на Рис.1.1.
По оси абсцисс отложена относительная частота вращения коленчатоговала дизеля д . За единицу принята номинальная частота вращения.21Диапазон рабочих частот составляет, 1 д 0 , где д 0 – угловая скоростьвращения вала дизеля на режиме холостого хода. По оси ординат отложенаотносительная индикаторная мощность двигателя N i . Для двигателей снизким наддувом или без наддува внешняя характеристика с определеннымприближением, связанным с характеристиками системы топливоподачи,представляет собой линию СD. По сути ординаты линии СD представляютсобоймаксимальнуюмощностьдвигателяповнешнейскоростнойхарактеристике при работе на стационарных режимах.Рис.
1.1. Скоростные характеристики дизеля без наддува или с низкимнаддувом (схематично): N i – относительная индикаторная мощность; д –угловая скорость вращения коленчатого вала; CD – внешняя скоростнаяхарактеристика; AF – характеристика мощности механических потерь вдизеле и агрегатах тепловоза; ВЕ – генераторная (тепловозная)характеристика; дi , N i i – угловая скорость и индикаторная мощность в iтый момент времени; д(i+1), N i (i+1) – угловая скорость и индикаторнаямощность нового режима; 1-9 – уровни индикаторной мощности,характерные для переходного процесса22Линия АF представляет собой характеристику мощности механическихпотерь в дизеле и потерь, связанных с обеспечением работы силовойустановки на тепловозе (вентиляторы охлаждения теплоносителей иэлектрических машин, вспомогательный генератор, насосы, тормознойкомпрессор и т.п.). В зависимости от режимов работы ординаты линии АFмогут меняться, однако для нашего рассмотрения это обстоятельство неимеет принципиального значения.Разность ординат линий СD и AF – свободная мощность двигателя.РазностьординатлинийBEиАFпредставляетсобойзаданную(назначенную) скоростную характеристику – мощность, передаваемую на валтягового генератора, в зависимости от частоты вращения в установившихсярежимах тяги.При работе на любой фиксированной i-той частоте вращенияколенчатого вала справедливо соотношение:N ii NТi N BCi N Гi(1.1)где Ni – индикаторная мощность; NТi – мощность трения в двигателе; NВСi –мощность агрегатов тепловоза; NГi – мощность на фланце тяговогогенератора.
С учетом теплоты сгорания топлива и параметров дизеляполучим:HUq цi дi Ii Z /(2 ) NТi N BCi N Гi ,(1.2)где НU – низшая удельная теплотворная способность топлива, Дж/кГ; qцi –цикловая передача топлива при i-той частоте вращения, кг/цикл; Ii –индикаторный КПД дизеля; Z – число цилиндров дизеля; – коэффициенттактности (1 и 2 для двух- и четырехтактных дизелей).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
