Разработка регулятора скорости переменной работоспособности для средне-и высокооборотных дизелей

Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981 и 1985 годы и на период до 1990 года, намеченные ние производства дизельных двигателей с высокими технико-экономическими показателями. Возрастающие потребности народного хозяйства в дизелях объясняются их. высокой экономичностью и надежностью. Наряду с увеличением выпуска высокооборотных автотракторных дизелей, -возрастает.выпуск-средне и малооборотных дизелей,. применяющихся как на раз личных-.видах, транспорта, так и. в стационарных, энергетических установках. Существенные различия характеристик энергопотребителей приводят к необходимости увеличения номенклатуры. выпускаемых дизелей .и их модификаций. Одним из основных агрегатов, определяющих качество, работы дизельного двигателя, является. регулятор скорости. Большинство — крупных стационарных и транспортных дизелей в настоящее. время оборудуются регуляторами скорости непрямого действия, которые, в соответствии с принятой классификацией -[23]. разделяются по.своей.работоспособности. Изменение работоспособности регулятора скорости, обусловленное отличиями перестановочных усилий для топливной аппаратуры дизелей различных типов, приводит к необходимости существенного изменения конструкции всего регулятора скорости даже при условии сохранения его принципиальной схемы. Вместе с тем ХХУТ съезд КПСС среди важнейших задач по развитию науки и ускорению технического прогресса поставил и следующую [2]: «Широко применять при создании новых машин, оборудования, аппаратуры и приборов модульный принцип с использованием унифицированных узлов и агрегатов» .

В данной работе предлагается регулятор скорости непрямого.

ХХУ1 съездом КПСС предусматривают дальнейшее расширедействия с переменной работоспособностью. Переменная работоспособность данного регулятора позволяет значительно расширить степень его унификации, применяя на дизелях с топливной аппаратурой, имеющей очень широкий диапазон изменения перестановочных усилий. С целью исследования регулятора скорости переменной работоспособности в лабораторных и заводских условиях была разработана математическая модель САРС дизеля, с газотурбинным наддувом, имеющая, ряд отличительных особенностей. от ранее применявшихся, разработаны моделирующий.стенд.и. методика динамического моделирования, позволяющая производить оценку качества работы различных типов-регуляторов скорости* Методика динамического, моделирования, при. исследовании. регуляторов скорости,.дает возможность значительно, ускорить проведение, данных работ, снизить затраты при проведении доводочных работ по отработке конструкций новых регуляторов скорости и их узлов.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Регулятор скорости является одним из важнейших элементов САРС, во многом определяющим её статические и динамические показатели. Широкое применение в настоящее время находят регуляторы скорости непрямого действия, одним из существенных показателей которых является работоспособность. Объединение «Сардизельаппа-рат», специализирующееся по выпуску регуляторов скорости непрямого действия, производит регуляторы. на основе двух. базовых моделей: РН-ЗО, и. РН-100. (М7РС).Ы * Работоспособность. этих регуляторов. скорости перекрывает потребностивысокооборотных —. и части среднеоборотных дизелей. В то.же.время-для.малооборотных и части среднеоборотных. дизелей необходимо-использовать регуляторы, скорости, имеющие большую работоспособность: чем. РН-ЗО и. РН-100. Наибольшее распространение и применение находят. регуляторы скорости большой работоспособности фирмы «Вудворд». Регуляторы «Вудворд» устанавливаются на большинстве типов мощных дизелей, выпускаемых западными фирмами,. а. также на лицензионных двигателях типа ДКРН, выпускаемых Брянским машиностроительным заводом. Данное обстоятельство определяет важность задачи разработки и освоения выпуска отечественных регуляторов скорости большой работоспособности.

4.6. Основные результаты экспериментального исследования.

По результатам выполненного экспериментального исследовав ния можно сделать следующие выводы:

1. Разработан и изготовлен макетный образец регулятора скорости с переменным давлением масла в гидросистеме.

2. Разработан и изготовлен моделирующий стенд для испытав ния регуляторов скорости,.

3. Спроектирован и изготовлен прибор для исследования САРС дизелей*.

4* Разработана: методика! динамического моделирования р по-* зволяющая проводить испытания регуляторов скорости в условиях максимально приближенных к реальным".

5. Серийный регулятор скорости обеспечивает перемещения рейки ТНВД при максимальном сопротивлении до 150 Н • Работа регулятора при повышенных нагрузках на серводвигатель сопровождается существенным ухудшением динамики САРС.

6. Проведенные испытания показа ж, что регулятор с переменным давлением масла обеспечивает удовлетворительную работу САРС при перестановочных усилиях до 600 H •.

7. В результате проведенных экспериментальных работ подтверждены все выводы, касающиеся влияния на динамические характеристики САРС параметров дизеля и его агрегатов.

4.7 Погрешности измерений и расчетов.

Оценка предельных абсолютных. погрешностей непосредственно измеряемых величин обычно производится на основании класса точности соответствующего прибора. Но наилучшим-приближением к истинному значению. непосредственноизмеряемой величины является среднее арифметическое нескольких результатов измерений [32].. Последнее объясняется тем, что при вычислении среднего арифметического значения случайных ошибок отдельных измерений уничтожаются ошибки с противоположными знаками.

Наиболее вероятной абсолютной ошибкой среднего арифметического результата Л измерений является величина дД=±с?б7г/5 С4Л4) где ?-, %~A-At)¦¦¦ >ЩП-А-Ап>

— отклонения результатов отдельных измерений от среднего арифметического.

Анализ уравнения (.4.14) показывает, что. увеличение числа измерений П влечет за собой существенное уменьшение, А А лишь до П = 5*10 и, следовательно, увеличивать число замеров свыше 5*10 нецелесообразно. Данное положение использовалось при различного рода тарировках. Например, при определении линейных перемещений серводвигателя, при тарировке устройства для определения перестановочных усилий на рейке ТНВД, при замерах N частоты вращения и др.

Для удобства сравнения точности измерений физически разнородных величин обычно используют понятие относительной погрешности Л где Л, А — абсолютная погрешность;

Д — значение измеряемой величины;

При оценке погрешностей величин, которые связаны функционально с. другими величинами, измеряемыми. непосредственно, применяют методы общей теории ошибок [бв]. • Если искомую величину У рассматривать как функцию непосредственно измеряемых величин Ху — Хг- - • Хт то относительная ошибка. находится путем дифференцирования натурального логарифма выражения этой величины по измеряемым величинам.

Определенная таким образом относительная ошибка будет наибольшей (предельной), так как не учитывается вероятность компенсации погрешностей различных величин. Поэтому её используют при малом числе различных величин, входящих в функцию У (обычно П=3)/.

При ГП} 3 фактическая ошибка будет заметно меньше предель ной вследствие существования вероятностей взаимного уничтожения случайных ошибок непосредственно измеряемых величин. Для оценки вероятной погрешности функции используют выражение.

—шт т ¦

Если же. функциональное выражение содержит величины первого и второго случаев, то находится более вероятная погрешность искомой величины. При этом величины первого случая определяются с максимальной, второгос вероятной ошибкой.

В таблице П. 1 приложения приведены результаты подсчета максимальных, вероятных и наиболее вероятных ошибок основных величин, определяемых при испытаниях регуляторов скорости и экспериментальных работах на дизельном стенде.

Экономическая эффективность выполненной работы в общем случае будет включать две основных составляющих: экономическая эффективность использования новой конструкции регулятора скорости и повышение эффективности опытно-конструкторских работ за счет использования моделирующего стенда и методики динамического моделирования. Так как в настоящее время разработанный макетный образец регулятора скорости находится в стадии конструкторской доработки, экономическую эффективность проделанной работы возможно определить только по результатам использования моделирующего стенда и методики динамического моделирования.

Оценка экономической эффективности проводилась в соответ.

4.8. Оценка экономической эффективности внедрения результатов работы ствии с методикой.

Величина народнохозяйственного эф.

4.15) и + К. * г 1—н где 3/ и Зг — приведенные затраты на единицу базового и нового средства трудаио формуле, а р<+Е",(и—ш-ЕЖЖ)А.

— коэффициент учета роста производительности О единицы нового средства труда по сравнению с базовыми Вг ~ годовые объемы продукции, производимые при использовании единицы базового и нового средства труда;

-™ — коэффициент учета изменения срока службы нового.

Р + Р г и, н средства труда по сравнению с базовыми /~г ~ доля отчислений от балансовой стоимости на реновацию базового и нового средства труда- - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (Ен= 0,15) — экономия потребителя на. текущих издержках.

Рг Ей эксплуатации и сопутствующих капитальных вложений;

К^и Кг~ сопутствующие капитальные вложения потребителя для базового и нового средства трудаи С12 — годовые эксплуатационные издержки потребителя при использовании базового и нового средства труда- - годовой объем производства новых средств.

Приведенные затраты можно определить, исходя из выражения.

И 3 =с + ЕК / где С — себестоимость продукцииудельные капитальные вложения.

За базовое средство труда для производственного объединения «Сардизельаппарат» принимаем используемые в настоящее время дизель-генераторные стенды Р2−105. Моделирующий стенд с электроприводом не расходует дизельное топливо, масло, воду, не требует сооружения специального звукоизолирующего бокса, а также значительно сокращает затраты на обслуживание и. ремонт.

Моделирующий стенд позволяет, .за счет использования анало" говых. моделей различных типов дизелей, повысить достоверность, испытаний, увеличить объем получаемой информации по регулятору скорости и его узлам, улучшить условия труда.испытателей.

Дальнейший расчет показателей экономической эффективности использования моделирующего стенда сведен в таблицу 4.3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Проведенный анализ по вопросам разработки регуляторов скорости повышенной работоспособности показал недостатки обычных способов увеличения работоспособности, связанные либо с повышением нагрева регулятора скорости, либо с необходимостью увеличения его размеров.

2. Выполнены работы по экспериментальному определению сил сопротивления на рейке топливного насоса. Показано, что перестановочные усилия на рейке ТНВД существенно увеличиваются во время переходных процессов, при запуске дизеля и работе на пониженных частотах вращения. .

3. Разработана конструкция и изготовлен регулятор скорости с давлением масла, изменяющимся в соответствии с силами сопротивления на рейке ТНВД.

4. Разработана математическая модель системы автоматического регулирования скорости, учитывающая перестановочные усилия на рейке ТНВД и неравномерность вращения приводного вала регулятора скорости.

5. Получена расчетная зависимость времени серводвигателя серийного и экспериментального регуляторов от величины перестановочного усилия. Показано, что серийный регулятор скорости ухудшает свои динамические характеристики при работе в условиях повышенных нагрузок на серводвигатель, в то время, как регулятор скорости переменной работоспособности является инвариантным по нагрузке серводвигателя.

6. Показано влияние характеристик турбокомпрессора, ограничения по подаче топлива, неравномерности вращения на показатв' ли работы САРС.

7. Разработан и изготовлен моделирующий стенд и специальный прибор для проведения экспериментальных исследований регуляторов скорости.

8. Разработана методика динамического моделирования для испытаний регуляторов скорости. Данная методика позволяет учитывать основные нелинейности дизеля с газотурбинным наддувом при использовании малых АВМ типа МН-7 в составе моделирующего стенда. Используя разработанную методику, представляется возможным проводить оценку динамических и статических параметров. САРС с реальным регулятором.скорости.при варьировании характеристик дизеля, и его агрегатов и самого, регулятора-скорости.

9. Испытания серийного регулятора скорости и выполненного на его базе макетного образца регулятора с переменной работоспособностью показали значительное преимущество экспериментального регулятора перед серийным при работе в. условиях повышенных перестановочных усилий на рейке ТНВД. Максимальное перестановочное усилие регулятора переменной работоспособности составляло 600 Н, что в четыре раза превосходит данный показатель для серийного регулятора скорости типа РН-ЗО. Номинальное давление масла в гидросистеме серийного регулятора скорости — 0,6 МД** экспериментального — 0,4 МПа •.

10. Использование регулятора скорости переменной работоспособности позволит значительно расширить степень его унификации, при сохранении габаритных показателей и стабильности динамики САРС в условиях повышенных перестановочных усилий.

XI. Внедрение моделирующего стенда и методики динамического моделирования позволяет получить в условиях п.о. «Сардизель-аппарат годовой экономический эффект в 42,5 тыс. руб.

— 167.