книги из ГПНТБ / Кисельников В.Б. Системы автоматизации силового дизельного привода

При увеличении затяга пружин регуляторов крутящий момент дизелей возрастает по линии оа до максимального значения на упоре рейки.

Одновременно подается сигнал на включение фрикционной муфты, и передаваемый ею крутящий момент нарастает по ли­ нии ог. Дизели разгоняются в этот период независимо по кри­ вой жз. Ведомая часть страгивается в точке и, когда момент муфты в точке становится равным крутящему моменту нагрузки, и раз­ гоняется по линии ик.

Рис. 7. График процесса разгона установки с меха­ нической передачей в общем случае

В точке к скорости ведущей и ведомой частей установки ста­ новятся равными, проскальзывание муфты прекращается и про­ должается совместный разгон ведущей и ведомой частей привода по линии кл. Разгон заканчивается в точке л по достижении номи­ нальной скорости дизеля, при этом регуляторы в точке е устанав­ ливают крутящий момент дизелей, равный статическому крутя­ щему моменту нагрузки.

Процесс по рис. 7 имеет участок перегрузки дизелей зк, на ко­ тором скорость их падает под действием крутящего момента муфты, превышающего крутящий момент дизелей на участке вг.

где М„,— крутящий момент дизелей на упоре рейки; Jn — момент инерции дизельного привода; Q — угловая скорость дизелей; Мы —- крутящий момент, передаваемый муфтой.

32

Обозначив через Тм время нарастания приведенного крутя­ щего момента муфты, от 0 до Мя (время муфты), запишем

М = ^ М

1 ы

Тогда, интегрируя исходное уравнение при Мл — const в пре­ делах от й х до Q и от 0 до t, получим

После преобразований найдем отсюда выражение для текущей относительной скорости вращения дизельного привода в процессе разгона

зельного привода, т. е. времена его разгона до номинальной ско­ рости и до скорости холостого хода под действием крутящего момента Мд.

Из выражения (1) определим фактическое время разгона веду­ щей части привода от скорости холостого хода фх до номиналь­ ного значения скорости ф = 1

В этом уравнении перед корнем взят знак минус, который со­

ного разгона вообще не будет достигнута. Подача топлива в дизели остается постоянной, и мощность их используется полностью, однако дизели испытывают перегрузку в области пониженной ско­

пая муфты Т м =- 2 (Тп — Тх). Дизели разгоняются при неизмен­ ной подаче топлива на упоре репки и полной отдаче мощности.

Перегрузка проявляется в области номинальной скорости и сопровождается небольшим падением последней. Конечная ско­ рость дизелей ср — 1 является в то же время их максимальной скоростью в процессе разгона.

При Ты > 2 (Тп - Тх) tn < Тм.

Дизельный привод достигает номинальной скорости до того, как муфта начинает передавать полный крутящий момент. По­ этому регуляторы в процессе разгона уменьшают подачу топлива, ограничивая скорость дизелей на уровне ср — 1 до достижения равенства Мм = МА. Мощность дизелей используется не пол­ ностью. Максимальная скорость, возможная при полной подаче, не достигается.

Отсюда следует, что наиболее благоприятный процесс разгона дизелей в случае одновременного начала разгона и включения

Рассматривая раздельный и совместный разгоны ведущей и ведомой частей привода по отдельным фазам процесса (рис. 7), можно определить в общем виде полное время разгона всей уста­ новки, по истечении которого относительная скорость обеих ча­

привода до номинальной скорости под действием крутящего мо­

На рис. 8 показаны графики характерных процессов разгона, рассчитанные с учетом принятых допущений при различных вре­

общее время разгона системы вначале уменьшается, -затем снова возрастает. Минимальное время разгона (рис. 8, в) имеет место

Поэтому условие (4) в первом приближении обеспечивает как наилучшее использование дизелей, так и наиболее благоприятный

34

полного предварительного разгона дизелей можно получить вре­ мена разгона системы даже меньшие, чем при оптимальном про­ цессе по рис. 8, в. В частности, минимальное мыслимое время получается при независимом разгоне дизелей до номинальной скорости и последующем ударном включении муфты (рис. 8, и). Это время при k2 = 1 и Ти = 0 равняется

Вместе с тем опережение разгона дизелей сопряжено с по­ вышенной работой трения и динамическими нагрузками в муфте, большим падением скорости дизелей в конце их разгона и непо­

Таким образом, из предварительного рассмотрения задачи видно, что длительность и характер переходных процессов суще­ ственно зависят от применяемых методов управления. Проведен­ ные расчеты И испытания силовых п р и в о д о в ] показали, что для правильного выбора и построения оптимальных программ управления необходимо исследовать работу приводов с учетом реальных характеристик дизелей, регуляторов скорости, раз­ общительной муфты и нагрузки, а также характеристик гидро­

. Переходные процессы управления дизельным приводом с меха­ нической передачей (см. рис. 7) определяются системой уравнений, включающей уравнения собственно дизельного привода, всережимного регулятора скорости, разобщительной муфты и барабана лебедки. Рассмотрим эти уравнения.

На установившихся режимах крутящий момент дизеля можно считать пропорциональным положению рейки, а зависимость от

36

щая максимальному крутящему моменту скорость также равня­

d - <Pi) 2 '

(8).

2Р-1 — 1

Вкачестве примера в табл. 4 приведены численные значения

ные по формуле (7) и полученные экспериментально для дизеля В2-450. Рисунок показывает достаточно полное совпадение рас­ четных и опытных данных.

При резком увеличении подачи топлива новое значение крутя­ щего момента устанавливается не мгновенно, а является некото-

37

рой функцией времени. -В рассматриваемой задаче эту зависи­

Выполненные исследования показали, что замедленное раз­ витие крутящего момента вызывается в первую очередь задержкой воспламенения топлива в течение первых циклов после увеличе­ ния подачи, при которых камера сгорания прогревается до нового теплового режима. Дополнительным фактором является недоста­ точная подача воздуха в начале процесса в дизелях с наддувом. При этом эффективный крутящий момент нарастает до установив­

изменений режимов, встречающихся на практике. Поэтому для

Постоянная апериодического процесса, при которой конечное значение крутящего момента будет достигаться (с точностью до 1%) за 0,74 с, равняется

= ~ = 0,16 с.

При -выводе.уравнений .силового привода ниже всюду исполь­ зуется, безразмерное время

0,2.

1 а

Отметим, что при уменьшении подачи топлива крутящий мо­ мент устанавливается без задержки и описывается в переходном процессе уравнением (7). Это же уравнение используется в даль­ нейшем для описания изменений режима работы дизелей при плав­ ных увеличениях нагрузки и подачи топлива.

•39

В уравнении (7) не учитывается запаздывание изменения кру­ тящего момента вследствие прерывистости регулирования ди­ зеля, так как оно примерно на порядок меньше запаздывания, рас­ смотренного выше,

Для иллюстрации уравнения (11) на рис. 10 показаны кривые изменения крутящего момента и скорости дизеля в процессе сво­ бодного разгона на упоре рейки (£,„ = 1 , 1 ) при различных зна­ чениях постоянной хх. Графики скоростей, получены из уравнения процесса разгона дизеля, которое при ха = 1 и k = 1 имеет

40

вид:

^ = ( а Ф 2 + 6ф + с ) ( 1 - е - ^ ) £ « dx

Метод решения такого уравнения показан ниже.

редачи к муфте. Обозначив / п — суммарный момент инерции дизелей и связанных с ним элементов, приведенный к оси дизеля,

Относя все члены этого уравнения к суммарному номинальному крутящему моменту группы дизелей Ме0 и выражая крутящий момент сил трения через механический к. п. д. привода т]м , за­ пишем

Подставляя значение (Ле из (11) и переходя к безразмерному времени т, окончательно получим уравнение дизельного привода в виде

Уравнение всережимного регулятора скорости вращения дизеля

Вывод дифференциального уравнения регулятора скорости прямого действия производится с учетом внешнего воздействия на регулятор в процессе управления (рис. 11).

41