книги из ГПНТБ / Неустановившиеся режимы поршневых и газотурбинных двигателей автотракторного типа

Дроссельной заслонки 3, реохорд 4, контактное устройство 5 с подвижным контактом, два сельсина 6 и 7, работающих в инди­ каторном режиме, лимб 8 с градуированной в градусах открытия дроссельной заслонки шкалой, мост 9, выключатели 10, 12 и 17, источник питания 11 напряжением 24 В, потенциометры 13, 16, два постоянно разомкнутых реле R1 и R2 с контактами 14 и 15.

На оси сельсина 7, находящегося на пульте управления экспе­ риментальной установкой, закреплен лимб 8 со стрелкой. С по­ мощью этого лимба задается диапазон открытия дроссельной за-

Рис. 21. Принципиальная схема системы автоматиче­ ского дистанционного управления и регистрации по­ ложения дроссельной заслонки

слонки. На оси другого сельсина (6 ), установленного на двигателе, закреплен подвижный контакт. При повороте лимба 8 на опре­ деленный угол поворачивается на тот же угол и подвижный кон­ такт, который через контактные полукольца запитывает обмотку реле R1 или R2. При этом замыкаются контакты 14 или 15 реле и включается электродвигатель, который открывает или закры­ вает дроссельную заслонку и одновременно вращает диск 5 с кон­ тактными полукольцами. Вращение происходит до тех пор, пока подвижный контакт не окажется на изоляционном зазоре между контактными полукольцами. При этом реле обесточивается, его контакты размыкаются и двигатель останавливается.

Изменение скорости вращения двигателя постоянного тока 1, а следовательно, и скорости изменения положения дроссельной заслонки осуществляется потенциометром 13. Изменяя потенцио­ метром 13 подводимое к двигателю 1 напряжение, можно получить любую скорость открытия дроссельной заслонки. Пределы от­ крытия дроссельной заслонки устанавливаются на пульте управ­ ления по шкале. Во избежание поломки механизма при полностью открытой или закрытой дроссельной заслонке поставлен конце­ вой выключатель 2.

С изменением положения дроссельной заслонки ползунок рео­ хорда 4, связанный с ее осью, перемещается, что приводит к из­

40

42

Электромагнитные клапаны 15 и 16 и электромагнитная муфта 3 питаются постоянным током напряжением 24 В, а электродви­ гатель 1 — напряжением 12—24 В (в зависимости от требуемой скорости открытия крана) через регулируемый реостат.

Пройдя кран 12, топливо поступает в коллектор через один из электромагнитных клапанов. В случае, когда нет необходимости регистрировать расход электроимпульсным датчиком 14 (обычно в период наладки режима, настройки аппаратуры), топливо про­ ходит через нижний электромагнитный клапан 16, который в это время открыт. Перед исследованием неустановившихся режимов прерывается подача питания на клапан 16 и под действием пру­ жины стержень его садится в гнездо, перекрывая путь топливу. В момент прекращения питания обмотки клапана 16 напряжение подается на обмотку клапана 15, который открывается, и топливо, пройдя датчик мгновенного расхода 14, поступает в коллектор, а из него к форсункам. Обмотки электромагнитных клапанов пи­ таются постоянным током от источника напряжения 27 В.

Автоматическое изменение подачи топлива осуществляется следующим образом. При подаче питания на электромагнитную муфту 3 ее ведущая и ведомая части блокируются. Если теперь включить электродвигатель 1, то от его вала будет вращаться муфта 3, диск 5 и штанга 11. Кран будет открываться до тех пор, пока вращающийся диск 8, перемещающийся, кроме того, посту­ пательно со штангой 11, не нажмет на кнопку микровыключа­ теля 7 и не разорвет цепь подачи питания на электродвигатель 1. Если необходимо ограничить перемещение крана 12 в сторону закрытия его, то аналогичный микровыключатель устанавливают правее диска 8.

Скорость и путь перемещения крана 12 регистрируются на пленке осциллографа при помощи тензометрического датчика, наклеенного на пластинку 9. Возмущение на датчик передается от диска 10, перемещающегося поступательно при вращении штанги И. Температура топлива и его расход через электроимпульсный датчик, а следовательно, и форсунки, тоже регистри­ руются на пленке осциллографа.

В случае необходимости ручного управления подачей топлива кнопкой Вк разрывается цепь питания электромагнитной муфты. При этом кран 12 свободно может управляться от руки штангой 11.

Достоинством рассмотренной схемы является возможность настройки ее для стабильной работы в широком диапазоне по времени (кран открывается от исходного положения до конечного за время от 1 до 20 с, что охватывает весь диапазон рабочих ско­ ростей перемещения секторов газа автотракторных двигателей, работающих в самых разнообразных условиях). Как показали исследования, схема надежно обеспечивает маневрирование крана.

Недостатком схемы является необходимость предварительного выбора геометрии запорной иглы крана 12, так как форма ее при больших скоростях открытия будет влиять на величину проход-

43

Кого сечения запорная игла — гнездо крана, а следовательно, и на закон подачи топлива (при прочих равных условиях). Эту особенность надо учитывать при подборе геометрии иглы или гнезда, чтобы не изменить закона подачи топлива, предусматри­ ваемого системой регулирования для данного двигателя.

При исследованиях неустановившихся режимов двухвального ГТД использовалось устройство автоматического управления сектором газа (рис. 24). В схему (рис. 24, а) входит реверсивный электродвигатель 1 постоянного тока. В одном агрегате с ним собраны электромагнитная муфта 2 и червячный редуктор 3.

Рис. 24. Устройство для автоматического управления сектором газа газотурбин' ного двигателя: а — кинематическая схема; 6 — электрическая схема

Электродвигатель и муфта питаются постоянным током напряже­ нием 27 В. На выходном валу червячного редуктора укреплен кривошип 4, который при помощи шатуна 5 соединяется с рыча­ гом 6 сектора газа. На кожухе сектора газа крепятся два концевых выключателя 7 и 8, служащие для отключения двигателя в край­ них положениях.

При замыкании контактов трехполюсного включателя Вк в положение / (рис. 24, б) ток подается на двигатель 1 и электро­ магнитную муфту 2. Двигатель начинает вращаться и через муфту 2 передает движение на червячный редуктор. При этом сектор газа перемещается из положения «Малый газ» в положение «Полный газ». При достижении крайнего положения рычаг нажимает на кнопку концевого выключателя и цепь обесточивается. Электро­ магнитная муфта отсоединяет электродвигатель от привода ша­ туна. При переключении включателя Вк в положение II сектор газа будет перемещаться от полного к малому газу. Скорость пере­ мещения рычага регулируется величиной напряжения, поданного на двигатель 1 (регулируется реостатом R), и перестановкой ша­ туна 5 в различные отверстия кривошипа 4 (рис. 24, а). Данное устройство вполне удовлетворяло требованиям методики исследо­ вания.

Недостатком схемы является отсутствие автоматического изме­ нения кинематики звена 4—5— 6 (рис. 24, а), что требует предва­ рительной настройки схемы перед началом серии опытов.

44

10. Автоматы записи и отметчики

Быстротечные процессы, имеющие место в двигателях при ра­ боте на неустановившихся режимах, предъявляют ряд специфи­ ческих требований к методике исследований и конструкциям ис­ пользуемых для их регистрации устройств. С учетом этого об­ стоятельства авторами разработан ряд оригинальных автоматов и схем, позволяющих производить запись процессов и обеспечи­ вающих возможность обработки первичных результатов экспе­ римента.

Автоматы включения осциллографов. При исследовании не­ установившихся режимов работы двигателя возникает необхо­ димость четкой регистрации быстротечных и высокочастотных параметров на пленке осциллографа, движущейся с большой скоростью. Часто представляет интерес изменение параметров не во всем промежутке времени, а в определенные периоды. Тогда осциллограф включается в работу на определенных этапах разгона, определяемых исследователем путем настройки автоматов включения осциллографа.

Исходным для подачи команды на включение осциллографа может быть тот параметр, который связан с исследуемым объек­ том. При исследовании двигателей наиболее целесообразно в ка­ честве такого параметра выбирать величину напряжения тахогенератора.

Выбором исходного параметра, подающего команду на вклю­ чение кассеты осциллографа, определяется конструкция и прин­ цип действия автомата включения. В рассматриваемом случае в конструкцию автомата заложен набор потенциометров, коли­ чество которых определяется диапазоном исследуемых режимов. Наибольшую сложность при разработке автомата представляет определение сопротивления потенциометров. Поэтому исследова­ тели часто подбирают величину этих сопротивлений опытным путем, на что уходит много времени, а результаты не всегда удо­ влетворительны. Это особенно заметно, когда в процессе исследо­ ваний приходится перестраивать автомат, и часто в результате неудачного выбора сопротивления потенциометров это сделать не удается.

Для устранения указанных недостатков рекомендуется сле­ дующая методика разработки автомата включения осциллогра­ фов. Выясняют характеристику тахогенератора, т. е. его внутрен­ нее сопротивление R r, силу тока / и напряжение U. Кроме того, необходимо знать характеристику реле, входящих в схему авто­ мата, и, в первую очередь, ток срабатывания / 0, напряжение и сопротивление. На этом основании с использованием границ исследуемых режимов определяют моменты, в которые должно происходить включение кассеты осциллографа.

Характеристику тахогенератора снимают на специальном стенде (рис. 25), задавая ему то число оборотов, при котором он

45

работает на двигателе. Стенд включает электродвигатель 1 По­ стоянного тока, сила тока в обмотках возбуждения которого изме­ няется реостатом 2. Благодаря этому двигателю можно задавать любые обороты пд (в рассматриваемых условиях практически от О

127В

Рис. 25. Схема стенда для снятия характеристики тахогенератора и элементов автомата включения осциллографов

до 3500 об/мин). Один конец вала электродвигателя соединен через эластичную муфту с валом техогенератора 4 (в данном слу­ чае использован тахогенератор ТЭ-45), а другой — с контрольным тахометром 3. С целью создания тахогенератору тех же условий, что и при работе на двигателе, он устанавливался на стенд с той же

Рис. 26. Характеристики тахогенератора и график для выбора сопротивления потенциометров автомата включения осциллографов

проводкой и тем же указателем числа оборотов, с которыми обычно работает на двигателе. Выпрямление тока осуществляется трехфазным выпрямителем, собранным на диодах Д-7Ж, а реги­ страция напряжения и силы тока — вольтметром и миллиампер­ метром.

На стенде получены характеристики тахогенератора по току I = f 1 (пд) и по напряжению U = / 2 (я ) при постоянной нагрузке (рис. 26). На этом основании с учетом характеристики приме­ ненного реле рассчитывается сопротивление Rn потенциометров,

46

которые обеспечивают заданное начало включения кассеты осцил­ лографа. Например, когда по тахогенератору пл = 1000 об/мин, напряжение на клеммах выпрямителя U = 24 В, при этом / = = 47 мА. Силу тока, при которой срабатывает реле Р1 (рис. 27), включающее кассету осциллографа, обозначим / 0, в данном случае она составляет 3 мА. Если схему, приведенную на рис. 27, не до­ полнить набором потенциометров R1—R10 с определенным со­ противлением, то уже при частоте вращения электродвигателя

Рис. 27. Принципиальная схема электронного автомата включения осциллографа

пд = 220 об/мин (рис. 26) реле Р1 срабатывает. Кассета осцилло­ графа будет включена. Для срабатывания же реле в нужный

в цепь потенциометр R1—R10 сопротивлением Rn. На основании второго закона Кирхгофа составляем уравнение контура

По этой зависимости были рассчитаны сопротивления потенцио­ метров, которые заложены в схему автомата (рис. 27). При этом не

47

учитывалось внутреннее сопротивление тахогенератора, так как для данных условий всегда

R r С R P + Вн­

если в одном опыте автомат включается многократно на не­ большие промежутки времени (десятые доли секунды), то во из­ бежание большого объема работы по вычислениям величины Rn поступают следующим образом. Откладывают в масштабе по оси

U — f 2 (п). После этого определяют по формуле (5) сопротивление потенциометров в пяти точках (двух крайних и трех промежуточ­ ных) с целью выяснения характера зависимости R n = / 3 (п). Затем эти точки соединяют плавной линией. По полученному графику находят сопротивления потенциометров практически при любом числе оборотов.

Изложенная методика позволяет оперативно определять со­ противление потенциометров даже в процессе исследования и быстро перестраивать автомат включения осциллографа на любые моменты срабатывания. При этом не следует забывать, что сопро­ тивления являются регулируемыми и поэтому необходимо преду­ сматривать соответствующий диапазон как влево, так и вправо от номинальной точки.

По такой методике просчитана схема электронного автомата включения осциллографа с программным управлением, представ­ ленная на рис. 27. Автомат состоит из трех основных взаимосвя­ занных элементов.

Первый элемент (входная цепь) предназначен для определения момента включения муфты осциллографа МО в соответствии с заданной программой периодичности съемки осциллограмм. Он включает шагоискатель ШИ\ десять контактов R1—КМ нижнего ряда его соединены с проволочными переменными со­ противлениями R1—RW. Вспомогательный контакт К1' верхнего ряда ШИ соответствует контакту К1 нижнего ряда; клемма общего вывода ВО' (верхний ряд) соединяет его с сигнальной лампой Л1. Выходные концы потенциометров R1— RW объединены в точке z и подключены к обмотке электромагнитного реле Р1. Выходная клемма этого реле соединена с выпрямителем трехфазного тока Вп, собранным на диодах Д-7Ж- Второй вывод выпрямителя Вп под­ ключен к центральному контакту ВО нижнего ряда шагоискателя.

Для обеспечения заданного начала включения муфты осцил­ лографа по изложенной выше методике подобраны потенцио­ метры R1—RW, обладающие строго определенными электросопро­ тивлениями.

В подготовительный период работы автомата, когда он вклю­ чен в электрическую цепь, но съемка осциллограмм не произво-

46

дится, контакты К1-1 электромагнитного реле Р1 разомкнуты. Питание выходной цепи осуществляется от тахогенератора Т марки ТЭ-45 через выпрямитель трехфазного тока Вп.

Второй элемент (цепь включения осциллографа) предназначен для автоматического включения осциллографа. Он состоит из электромагнитного реле Р2 с постоянно разомкнутыми контак­ тами К2-2 и реле РЗ с пятью постоянно разомкнутыми контак­ тами КЗ-1—КЗ-5. Эта цепь питается от аккумуляторной батареи напряжением 24 В.

Третий элемент (электронное реле времени) предназначен для обеспечения заданной продолжительности включения муфты осциллографа. Он состоит из тиратрона ТГ, электрической ем­ кости С, проволочных сопротивлений R ll, R13 и R14 и перемен­ ного сопротивления R12 типа СП, а также электромагнитного реле Р4. Реле времени питается от сети переменного тока напряже­ нием 127 В с понижающим трансформатором Тр. При замыкании включателей Вк1 и Вк2 подается электрическое напряжение 24 и 127 В. Для приведения шагоискателя ШИ в исходное положение нажимается кнопка КО, в результате чего подвижный контакт КП устанавливается против неподвижного контакта К1■ При этом сигнальная лампа Л1 загорается.

В любом другом положении подвижного контакта КП с увели­ чением оборотов вала двигателя возрастают обороты ротора тахо­ генератора и соответственно повышается напряжение электри­ ческого тока в цепи; при достижении заданных оборотов срабаты­ вает реле Р1, вызывая замыкание контактов /(7-7. Тогда первич­ ный ток проходит по следующей замкнутой цепи: минусовый за­ жим батареи, обмотка реле РЗ, замкнутые контакты К1-1 реле Р1, контакты К4-1 реле Р4, включатель Вк1 и плюсовый зажим ба­ тареи. При срабатывании реле РЗ его контакты КЗ-1—-КЗ-5 за­ мыкаются и включается муфта осциллографа через контакты КЗ-3 и К4-3. Одновременно с этим через замкнутые контакты КЗ-1 реле РЗ подается напряжение от батареи на обмотку реле Р2 шагоискателя. Во время работы этого реле горит сигнальная лампа Л2.

Контакты КЗ-2 блокируют реле Р1 через контакты К4-2 реле Р4. Ток в этом случае поступает на обмотку реле Р1 от выпрями­ теля Вп тахогенератора Т, проходит через замкнутые -контакты КЗ-2 реле РЗ и К4-2 реле Р4 и возвращается на выпрямитель таходинамо.

При замкнутом включателе Вк2 контакты КЗ-4 обеспечивают подачу переменного напряжения от сети 127 В на катод тира­ трона ТГ.

Через контакты КЗ-5, сблокированные с контактами КЗ-4, включается электросекундомер ЭС типа ПВ-53Л; питание его цепи осуществляется через контакты К4-4 реле Р4.

Запись прекращается, когда срабатывает реле Р4. В этот момент, определяемый заданной величиной сопротивления потен-