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

Вторая фаза процесса — это разгон установки после подачи управляющего сигнала, отвечающего условию (17). Процесс про­

нениям (42), описываемый формулами (45) и (46). На остальных

Рассмотренные методы управления установкой вскрывают все многообразие возможных промежуточных процессов при разгоне. Расчеты переходных процессов на отдельных передачах позволяют выявить их особенности при различных условиях работы привода.

Все расчеты выполнены при одной и той же средней величине коэффициента загрузки дизелей на установившемся режиме \IQ = = 0,6, поскольку этот коэффициент не влияет на протекание про­ межуточных фаз процесса и сказывается только на продолжи­ тельности заключительной фазы разгона.

При сравнительном анализе и оценке различных методов управ­ ления здесь учитываются следующие факторы: время разгона, перегрузка дизелей, изменения подачи топлива и работа трения муфты.

В р е м я р а з г о н а у с т а н о в к и т р — это суммарное время всех фаз переходного процесса до достижения полной уста­

новившейся скорости барабана ф = 1. Время разгона желательно иметь наименьшим, т. к. очевидно, что при этом средняя скорость подъема возрастает, а продолжительность всего цикла подъема сокращается; т р определяется из диагрммм, приведенных на рис. 13—15.

восходящим эффективный крутящий момент дизелей |хе(т) при дан­ ной текущей подаче топлива. При этом происходит потеря кине­ тической энергии и уменьшение скорости дизелей. Пример такой перегрузки виден, в частности, на рис. 13 во второй фазе процесса на IV передаче. (Перегрузку по данному определению не следует смешивать с допускаемой перегрузкой, при которой дизели рабо­ тают на установившемся режиме с относительной подачей топлива в пределах \ т s> I > 1.)

63

Критерием перегрузки будем считать относительное падение

должительность Ат и среднее значение угловой скорости дизелей

амплитуда и продолжительность (не учитывая необходимого из­ менения подачи в конце разгона при переходе на установившийся режим). Систематические изменения подачи связаны с перерасхо­ дом топлива вследствие его неполного сгорания на неустановив­ шихся режимах, а также с'уменьшением срока службы топливной аппаратуры.

Наличие провалов и восстановлений подачи свидетельствует о рывках в процессе разгона, увеличивающих динамические на­ грузки на агрегаты установки. Характерный пример провалов по­ дачи виден на рис 13 во второй фазе разгона.

Величина изменения подачи топлива определяется как разность между относительной подачей | 0 в начале падения и минимальной подачей | m m в ходе изменения

(60)

Количество и продолжительность изменений подачи определяются непосредственно из диаграмм переходных процессов.

Р а б о т а т р е н и я м у ф т ы — это рассеиваемая в тепло работа при уравнивании скорости ведомой части привода сведущей. Работу трения желательно иметь наименьшей, так как она свя­ зана с износом и сокращением срока службы муфты и с непроиз­ водительной затратой энергии.

Установим критерий для оценки работы трения муфты. Эле­ ментарную работу трения можно выразить через коэффициент трения k, площадь трения F, давление р и линейные перемещения

Выражая перемещения поверхностей через угловые скорости ведущего и ведомого элементов муфты dxx — Q±R dt и dx2 =

64

= QoR dt, а также, имея в виду, что kFRp = Мк, получим

Анализ переходных процессов управления на основе приведен­ ных критериев позволяет сделать .следующие заключения.

Метод управления с предварительным разгоном дизелей дает заметное уменьшение общего времени разгона установки тр на основных рабочих передачах по сравнению с другими методами

дизелей, глубине и продолжительности провалов подачи топлива этот метод дает значительно худшие показатели процесса. Работа трения муфты в три-четыре раза превосходит величину работы трения в остальных случаях.(

Поэтому метод предварительного разгона дизелей рекомендо­ ван быть не может.

Метод управления с предварительным включением муфты, обычно применяемый на практике, характеризуется наибольшим временем разгона установки. Перегрузка дизелей по величине и продолжительности сравнительно невелика, но проявляется в об­ ласти малых угловых скоростей (ниже уровня холостого хода). Провалы подачи топлива на высших передачах отсутствуют, а ра­ бота трения муфты является наименьшей по сравнению с другими случаями.

Метод управления с одновременным разгоном дизелей и вклю­ чением муфты отличается сравнительно небольшим временем раз­ гона установки, которое на всех передачах на 15—20% меньше времени разгона, достигаемого в случае предварительного вклю­

передачах практически равна работе трения в предыдущем случае,

менного разгона дизелей и включения муфты следует считать опти-, мальным методом управления дизельным приводом с механической передачей/

системы на высших передачах стали бы неоправданно затяги­ ваться.

В случае жесткой передачи от лебедки к нагрузке оптимальное

В случае податливой связи между лебедкой и нагрузкой (на­ пример, в виде талевой системы) или при переменной нагрузке время муфты определяется путем расчета и построения ряда пере­ ходных процессов по рассмотренной здесь методике. При этом следует выбрать процесс с таким временем муфты, которое дает небольшую перегрузку дизелей в конце включения муфты на выс­ шей передаче.

•Схема дизельного привода, включающего гидродинамический трансформатор и фрикционную разобщительную муфту, показана на рис 16.

Преимущество применения гидротрансформатора заключается в том, что он позволяет полностью использовать мощность дизеля напротяжении всего периода нагружения привода. В этом случае не требуется запаса крутящего момента на разгон системы, и коэф­ фициент загрузки дизеля в установившемся режиме может рав_няться единице. Это позволяет работать на более высоких пере­ дачах от дизелей к лебедке и способствует повышению произво­ дительности дизельного привода.

Гидротрансформатор также исключает перегрузку дизелей в процессе разгона и защищает их от рывков, связанных с резкими включениями муфты и изменениями нагрузки. Кроме того, гидро­ трансформатор обеспечивает более гибкое управление установкой и облегчает проведение различных вспомогательных операций.

К недостаткам гидравлической передачи относится более низ­ кий ее к. п. д.

В силовых дизельных приводах лебедки разобщительная муфта по конструктивным соображениям обычно располагается за гидро­ трансформатором. В отечественных приводах применяются нере­ гулируемые комплексные гидротрансформаторы с подвижным на-

0 = 0

o=Ch

Рис. 16. Схема дизельного привода лебедки с гидравлической передачей

правляющим аппаратом, связанным с корпусом через обгонную муфту. На холостом ходу дизеля при выключенной разобщитель­ ной муфте такой направляющий аппарат вращается вместе с на­ сосным колесом, и гидротрансформатор работает в режиме гид­ ромуфты.

В условиях работы силового привода это исключает потери энергии на вращение насосного колеса на холостом ходу при лю­ бой скорости дизеля. Скорость вращения турбинного колеса и выходного вала гидротрансформатора при выключенной муфте в этом случае не превышает скорости дизеля. При включении фрикционной муфты направляющий аппарат заклинивается в кор­ пусе, и гидротрансформатор начинает работать в обычном режиме. Преимущества и особенности работы гидротрансформаторов рас­ смотрены в работе [18].

Переходные процессы в дизельном приводе с гидравлической передачей в общем случае описываются системой уравнений дина­ мики привода с механической передачей, в которую дополнительно должны быть включены уравнения гидротрансформатора. Для вывода этих уравнений рассмотрим основные характеристики гид­ равлической передачи с точки зрения условий работы дизеля и времени разгона системы.

68,

рости входа и выхода, отнесенные к номинальной скорости ди­

Фа

В соответствии с уравнением (63) эти параметры связаны между собой соотношением

69

выходе обратно пропорционален скорости. В реальном гидротранс­ форматоре величина к. п. д. в большой степени зависит от ф а и cp2> в связи с чем крутящий момент выхода нарастает с падением скорости фа приблизительно по линейному закону.

Исследования динамики дизельного привода с гидравлической передачей проводятся обычно графоаналитическим методом с уче­ том действительных кривых к. п. д. Для исследования процессов разгона в аналитической форме была найдена следующая эмпири­ ческая формула для к. п. д. гидротрансформатора:

процессов управления с точностью, соответствующей ранее при­ нятым допущениям. Пунктирные ветви кривых т — f (ф2 ) на рисунке отвечают работе комплексного гидротрансформатора в ре­

70

Эти уравнения дополняют систему уравнений привода с меха­ нической передачей при исследовании работы привода с гидрав­ лической передачей.

Из уравнения крутящего момента на выходном валу следует, что при холостом ходе гидротрансформатора скорость выходного вала всегда равна скорости входа независимо от величины по­ следней.

Минимальная скорость дизеля (входа) на холостом ходу, при

В нашем случае Ф 1 т Ш = 0,54 (рис. 17).

Скорость выходного вала гидротрансформатора на установив­ шемся номинальном режиме привода, когда приведенный крутя­ щий момент нагрузки равен крутящему моменту дизеля, опреде­ ляется из выражения для т3 при ф х = 1 и т2 = 1

значение к. п. д. гидротрансформатора в точке номинального ре­ жима, которое в нашем случае также будет равно 0,706.

Рассмотрим теперь процесс разгона трехмассовой системы с комплексным гидротрансформатором в общем случае, представ­ ленном графически на рис. 18.

Система состоит из ведущей части (включающей дизель и на­ сосное колесо гидротрансформатора), промежуточной части (вклю-

71

чающей турбинное колесо и выходной вал гидротрансформатора с жестко связанными с ним массами) и ведомой части (включающей в данном случае барабан лебедки и массу нагрузки). Для про­ стоты будем считать, что связь между барабаном лебедки и на­ грузкой является жесткой.

При поступлении в регулятор сигнала на увеличение скорости дизель развивает крутящий момент М е т а х на упоре рейки топливного насоса по линии оаб. Гидротрансформатор работает в режиме, гидромуфты. Ведущая часть привода вместе с направляющим аппаратом гидротрансформатора и промежуточной частью при-

г

Рис. 18. График процесса разгона установки с гидравличе­

жиме. Дизель продолжает разгоняться по линии ик, преодолевая крутящий момент Мг на входе в гидротрансформатор, нарастаю­ щий по кривой об независимо от нагрузки на выходе. По дости­ жении дизелем заданной номинальной скорости его крутящий мо­ мент в точке б приходит к номинальному значению Ме.

Крутящий момент на выходном валу гидротрансформатора, ввиду относительно небольшого момента инерции промежуточной части привода, увеличивается по закону, близкому к закону на­ растания крутящего момента муфты Мм по линии жг. При этом скорость выходного вала изменяется по кривой илм и является функцией крутящего момента на выходном валу и скорости вход-

72