автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Энергосберегающая система стендов для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания при ремонте

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

РГВ од

■ 3 ЛЫВ ?О|0

На правах рукописи

ЧИКУНОВ ЮРИЙ МИХАЙЛОВИЧ

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ СИСТЕМА СТЕНДОВ ДЛЯ ОБКАТКИ И ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПРИ РЕМОНТЕ

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного

транспорта

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2000 г.

Работа выполнена на кафедре "Производство и ремонт автомобилей и дорожных машин" Московского Государственного автомобильно-дорожного института (Технического Университета).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Челпан Л. К.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Ковалев В.П.

кандидат технических наук

ш&й&яаь. Левин А.

Ведущая организация - завод N22 по ремонту танковых двигателей (в/ч 67748).

Защита состоится 2000г. в //9 ч.

на заседании специализированною совета К 053.30.09 ВАК России при Московском Государственном автомобильно-дорожном институте (Техническом университете) по адресу: 125829, ГСП, Москва А-319, Ленинградский проспект, д.64, аудитория 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАДИ(ТУ). Автореферат разослан 2000г.

Тел. для справок 155-03-28

Ученый секретарь специализированного совета

К 053.30.09, д.т.н., профессор В.М. Власов

Оьрмч-с-^0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.Основными элементами себестоимости производственных затрат при формировании цен на производство или капитальный ремонт двигателей внутреннего сгорания (ДВС) являются расходы на содержание и эксплуатацию оборудования. Среднеотраслевая доля этой статьи расхода в общей сумме затрат при ремонте ДВС с учетом затрат на амортизацию, текущий ремонт технологического оборудования и его эксплуатацию, инструмент и расходуемую электроэнергию составляет 11...201.

В связи с возрастающими ценами на топливо для ДВС становится экономически целесообразным полезно использовать тормозную мощность испытуемых двигателей, отдавая ее в промышленную сеть, даже за счет некоторого усложнения и удорожания обкаточно-тормозных стендов (ОТС) . В условиях массового выпуска и ремонта ДВС, в процессе их обкатки и испытаний , вырабатыаемой ОТС электроэнергии бывает достаточно для питания большей части технологического оборудования и освещения.

В СЕете этого задача разработки и внедрения энергосберегающей системы обкаточно-тормозных стендов, обеспечивающей рациональное ее использование с учетом программы производства и ремонта двигателей, их мощностно-экономических показателей, задаваемых режимов обкатки и испытания при максимально возможной утилизации вырабатываемой энергии является актуальной.

Цель работы заключается в повышении эффективности испытательных станций по обкатке и испытанию ДВС путем разработки и внедрения метода выбора оптимального сочетания характеристик стендов их количества с программой производства и ремонта ДВС при условии максимальной утилизации вырабатываемой при этом электроэнергии, т.е. с учетом технико-экономических показателей предприятия.

В настоящей работе

- сформулированы требования к ОТС с рекуперацией электроэнергии в промышленную сеть; а

- проведен анализ методов рекуперации и устройств (обйКгочно-тормозных стендов) их реализующие;

- разработан и исследован энергосберегающий метод при обкатке и испытании группы ДВС;

- разработана и исследована система ОТС , обладающая высокими

- г -

технике-экономическими характеристиками, предназначенная для технической реализации предложенного энергосберегающего метода и удовлетворяющая требованиям к ОТО с рекуперацией электроэнергии ;

- внедрены полученные результаты в производство.

Методика проведения исследования. В работе применены аналитические и экспериментальные методы исследования. Рассмотрение структур обкаточно-тормозных стендов выполнено на основе теории электропривода, электрических машин, электроснабжения промышленных установок и теории приработки двигателей внутреннего сгорания.

Научная новизна работы:

- сформулированы общие требования к ОТО, обеспечивающим рекуперацию электроэнергии в промышленную сеть;

- разработаны энергосберегающий метод и устройство для его реализации - система обкаточно-тормозных стендов о рекуперацией электроэнергии в промышленную сеть предприятия;

- результаты теоретического и экспериментального исследования системы ОТС, предназначенной для обкатки и испытания ДВС на ремонтных и моторостроительных предприятиях.

Практическая ценность исследований:

разработана принципиально новая схема стенда и инженерная методика для проектирования системы ОТС.

Реализация результатов исследований. Разработанная система ОТС внедрена на испытательной станции завода "Дагдизель" (г.Каспийск, Республика Дагестан). Экономический эффект от внедрения результатов работы составил 1,2 млн. рублей в год в ценах 1992 года.

Апробация работы. Диссертационная работа и ее основные разделы докладывались и одобрены на ярмарке-семинаре "Нетрадиционные электромеханические преобразователи с компьютерным управлением" (г.Севастополь, 16...18 июля 1992 г.); научно-техническом совещании ГОСНИТИ (г.Москва, 14 ноября 1995г.); 55-й научно-технической конференции МГАДИ (г.Москва, январь 1996г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, включая 2 патента Российской Федерации.

На защиту выносятся:

- научное обоснование целесообразности и результаты разработки стенда для обкатки и испытаний двигателей внутреннего сгорания

с рекуперацией электроэнергии в промышленную сеть с улучшенными техника-экономическими характеристиками для ремонтных и моторостроительных предприятий;

- основные принципы энергосберегающего метода при обкатке и испытаниях ДЕС;

- конструкция системы ОТС с рекуперацией электроэнергии з промышленную сеть и ее теоретические и экспериментальные исследования;

- результаты сравнительного анализа системы ОТС с группой стендов различных современных конструкций.

Объем работы. Диссертационная работа содержит 163 страницы машинописного текста, 49 рисунков, 4 таблицы, 5 фотографий и состоит из введения, четырех разделов, основных результатов и выводов, приложения и библиографического списка из 108 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе сформулированы требования к ОТС, обеспечивающим рекуперацию электроэнергии в промышленную сеть предприятия; оценено влияние видов испытаний на требования к обкаточно-тормозным стендам; проведен анализ существующих конструкций ОТС.

Установлено, что

- обкаточно-тормозной стенд для научных исследований должен обладать значительно большим, чем стенд для типовых испытаний, диапазоном регулирования по частоте вращения и тормозному моменту;

- современные конструкции стендов создавались в основном как универсальные, способные обеспечивать любые виды испытан™ вне зависимости от количества ОТС на испытательном участке, что обуславливает их высокую стоимость;

- в настоящее время практически отсутствуют стенды, полностью отвечающие требованиям к ОТС для типовых испытаний;

- Еопросы совершенствования конструкций и характеристик обкаточно- тормозных стендов в данное Еремя полностью не решены.

В связи с этим в настоящей работе намечены для решения следующие задачи:

- разработать и исследовать энергосберегающий метод при обкатке и испытании группы ДЕС;

- разработать и исследовать систему ОТС, предназначенную для

технической реализации предложенного энергосберегающего метода, которая бы удовлетворяла требованиям к ОТС с рекуперацией электроэнергии и обладала высокими технико-экономическими характеристиками;

- произвести сравнительную оценку характеристик системы ОТС и известных конструкциий обкаточно-тормозных стендов;

- внедрить полученные результаты в производство.

Большой вклад в создание системы обкаточно-тормозных стендов внесли: Погорелый И.П., ЧелпанЛ.К., Коваленко Г.А., ПолыгаИ.И., Омаров М.-С.М.

Второй раздел посвящен разработке энергосберегающего метода при обкатке и испытании ДВС, а также системы ОТС с рекуперацией электроэнергии для его реализации.

Основными элементами стенда является тормозное устройство, выполненное на базе электрической машины, и преобразователь, который соединен с одной стороны с промышленной сетью, а с другой - с тормозным устройством.

В процессе горячей и холодной обкатки двигателей внутреннего сгорания на известных конструкциях стендов AVL и MEZ VSETIM энергия, которая соответственно отводится и подводится к ДВС, дважды выделяется в виде потерь в преобразователе, который рассчитывается на максимальную мощность испытываемого двигателя.

Суть энергосберегающего метода состоит в том, что при обкатке и испытании двух и более двигателей энергия холодной обкатки для одного ДВС отбирается непосредственно от энергии, вырабатываемой тормозным устройством в процессе горячей обкатки на другом ДВС, минуя преобразователь. Разница энергий W13 между отводимой энергией от тормозного устройства W3 и подводимой энергией к тормозному устройству W8 поступает на групповой преобразователь.

W13 = W3 - W8 = W1 - W2 - W9 - W10 , CD где W1 - энергия, вырабатываемая ДВС в процессе горячей обкатки;

W2 - энергия потерь, выделяемая в тормозном устройстве при горячей обкатке ДВС;

W3 - энергия, вырабатываемая тормозным устройством в процессе горячей обкатки двигателя внутреннего сгорания.

W8 - энергия, подводимая к тормозному устройству для холодной обкатки;

W9 - энергия потерь, выделяемая в тормозном устройстве при

холодной обкатке;

W10 - энергия , подводимая к ЛВС для холодной обкатки. Энергия W13 значительно меньше, чем в случае, рассмотренном выше, на-сумму энергии, необходимой для холодной обкатки и потерь з электродвигателе.

Следовательно, (при условии, что 7)Пр- КПД одиночного и группового преобразователя равны'! групповой преобразователь необходим на гораздо меньшую мощность, чем суммарная мощность одиночных преобразователей обкаточно-тормозных стендов. Потеря энергии в этом случае составит

W12 = W13- (1 - Tinp) (£)

Энергия W14, оставшаяся на нужды предприятия, при этом будет больше, т.к.

W14 = W1 - W2 - W9 - W10 - W12 . (3) Энергетическая диаграмма системы ОТО с рекуперацией электро -энергии в промышленную сеть изображена на рис.1, а ее схема представлена на рис.2. Система состоит из электромашинного преобразователя (ЭМИ), соединенного через контактор КМ5 с промышленной сетью трехфазного тока стабильной частоты; коммутаторов K1...KN , подключенных с одной стороны к ЭМП через соединительную линию, а с другой - к тормозным устройствам

W1

W3

W13.

W14

VZ

W8

W10

-у

"11

W12

Рис.1. Энергетическая диаграмма энергосберегающей системы обкаточно-тормозных стендов

Рис.2. Схема системы обкаточно-тормозных стендов

М1... Ш . вал каждой из которой соединен с валом соответствующего обкатываемого ДВС.

ЭМП представляет собой механическое соединение на общей фундаментной раме двух электрических машин и предназначен в основном для преобразования постоянного тока, вырабатываемого тормозным устройством во время горячей обкатки, в переменный. Он состоит из синхронной машины и машины постоянного тока с независимым возбуждением.

Коммутатор - это устройство, с помощью которого производят пуск тормозного устройства в режиме двигателя, смену режимов обкатки (холодная или горячая), изменение тормозной мощности и защиту стенда от аварийных ситуаций. Он состоит из группы контакторов КМ1, КМ2, КМЗ, двух встречяовключенных диодов VI и У2, пускового реостата 1?п, шунтируемого N - последовательно включенными контакторами КМ2, амперметра Р1 и двух вольтметров Р2 и РЗ. Схема коммутатора изображена на рис.3 .

Тормозное устройство представляет собой электрический двигатель постоянного тока с независимым возбуждением безбалансирного типа с принудительной вентиляцией, вал которого соединен с испытываемым ДВС, а коллектор с коммутатором.

Третий раздел посвящен исследованию системы ОТС. выполненной на базе электрических машин постоянного тока (МПТ). Описаны экс-

V/

*— VI н -43-®-

к ВМП

кмг

Яп

рг к

®

® К МП Т

Рис.3. Схема коммутатора обкаточно-тормозного стенда

периментальные исследования, подтверждающие полученные в предыдущих главах основные теоретические результаты.

В качестве МПТ использован двигатель постоянного тока (ДПТ). Соотношение мощностей между электродвигателем и двигателем внутреннего сгорания описывается следующим уравнением

Рдпт = Рдвс-Т12 , (4)

где Рдвс ~ максимальная мощность, развиваемая ДВС во время приемо-сдаточных испытаний;

Рдпт " номинальная мощность ДПТ;

и - КПД двигателя постоянного тока. Аналогично оопределяется момент прокручивания МПр с учетом тормозного момента Мт

Мпр = Мт-л2. (5)

Обкаточно-тормозная характеристика снималась при постоянстве напряжения сети ис системы ОТС и неизменном сопротивлении якорной цепи И. Для построения характеристики при номинальном магнитном потоке фн достаточно знать три точки, соответствующие: 1) номинальным значениям момента прокручивания МПр.ном. и угловой скорости (Он (Мпр. ном., о>н); 2) скорости идеального холостого хода а>0 (0;ыо)

ис

(I) = <1>0 = - ; (6)

к-Ф

3) номинальному значению тормозного момента Мт.ном. при скорости ь>* (Мт.ном. ;<«>*)

ш = = -- + —-- . (7)

к-Ф к2- Ф2

Эти точки соединяются двумя прямыми линиями, изображенными на рис.4 .

Наклон этих прямых разный, т.к.

«о - <йн - <•>* ~ «о . (8)

и

Мт = Мэм + Мпотерь (9)

Мпр = Мэм " Мпотерь • (Ю)

Регулирование угловой скорости во время холодной обкатки осуществляется изменением магнитного потока Ф. Момент прокручивания

тормозного устройства Мпр с увеличением угловой скорости уменьшается по закону гиперболы. Зависимость допустимого момента Млр от угловой скорости описывается уравнением

ь>н

^ПР.ДОП. - Мпр.ном.* (II)

(О

Полезная мощность, развиваемая на валу ДПТ во время холодной обкатки при изменении угловой скорости от о>н до * определяется формулой

Мпр.НОМ. ,

Рпр. = - • (Шо-W - tí¿) (12)

о>о ~ ь>н

и описывается кривой, представленной на рис.4. Тормозная мощность на участке скоростей от w0 До w* равна

Мт.ном. , л

Рт = - • Шо-и) (13)

<л» - <i)0

и таете имеет форму кривой.

Согласно требованиям к тормозному устройству работа двигателя постоянного тока в тормозном режиме должна быть устойчивой. Чтобы колебания напряжения сети системы ОТО, обусловленные падением напряжения в токопроводящих шинах и якорной цепи ЭМП не вызывали

Рис.4, ибкаточно-тормозная характеристика стенда

заметного изменения тормозного момента схеме возбуждения тормозного устройства необходимо придать свойство саморегулирования. Формула тормозного момента имеет вид

М = к-1в-(Ег - ис)/1?я = к-1в-1я , (14) где к=См-КПр, н-м/А;

Си-постоянная данной электрической машины; КПр-коэффициент пропорциональности.

Данное уравнение нелинейно и при фиксированных значениях М представляет гиперболу. При небольших отклонениях от равновесного состояния это уравнение в окрестности точки Мо=к-1В.0-1я.о можно линеаризовать , записав его в полном приращении

М = Мо +

Д1В +

1я=сопз1

сЗМ Й1я

А1Я

1в=сопз1

(15)

М - Мо = ДМ = ^т

Д1В + ^ 1я=сопз1

Д1Я

1в=сопз1

(16)

ДМ = к1- Д1в + к2- Д1я (17)

Формула (17) представлена как явная зависимость тока возбуждения 1В от тока якоря 1я :

Д1В = (кг-Д1я - ДМ)/к! = кз-Д1я - к4- ДМ , (18)

где кз = кг/к1 ; к4 - 1/к1 .

Для технической реализации зависимости (18) рассмотрена схема, построенная на принципе регулирования по отклонению (рис.5). Роль стабилизатора в схеме выполняет сопротивление через которое проходит сумма токов нагрузки и тока возбуждения. При случайном возрастании тока нагрузки ослабляется поле машины, работающей генератором, вследствие возрастающего падения напряжения в стабилизирующем сопротивлении. Благодаря этому не происходит внезапного значительного увеличения тормозного момента.

На рис.6 изображена структурная схема автоматической стабилизации тормозного момента, реализующая выше описанный принцип. Уравнение передаточной функции замкнутого контура по каналу "Ев-1" будет иметь вид:

Рис-.5. Схема стабилизации тормозного момента с использованием двигателя постоянного тока независимого возбуждения

I ОР

ЦР)

и

Рис.6. Структурная схема стабилизации тормозного момента

т-(т-т + 1) + 1)

Из. с.(Р) = — =- 4 (19)

1 + Ураэ. • (Р) 1 + V/! .щ. (т-уз + 1)'

где

И1(Р) - 1/(Тв ■Р + 1)> ■ к1 (20) к! = йв (24)

иг(р) = к2 (21) кг = ЕГ-п/(1в-пн) (25)

WЗ(P) = -1/ (Тя ■Р + 1)■ •кЗ (22) Та = ЬЕ/КВ /пе\

Ш(Р) = к4 . (23) кЗ = йя (27)

Тя = Ьд/йя (28)

к4 = Кд (28)

Для исследования устойчивости процесса регулирования составлен! характеристическое уравнение замкнутой системы

Wpaa.(Р) + 1 = 0 (30)

или

1 + W1-W2-W3-W4 + W1-W4 - 0 (31)

После введения обозначений

ао=к1кЗТвТя , (32)

а1=к1кЗ(Тв+Тя)+кЗк4Тя , (33)

а2=к1кЗ+к2к4+кЗк4 (34)

получено уравнение

ao-P2+ai-P+a2=0 (35)

Из (35) видно, что необходимое и достаточное условие устойчивости выполняется, т.к. коэффициенты ao.ai и положительны. С учетом (20)...(29) уравнение (36) примет вид

"Uc-r -kl(TBF+l)

W3.bosm.(0) = - ■ (37)

ао-Р + ai-P + az

Рассмотрен процесс в статическом режиме (t-* <*> ; Р=0).

1я(0) kl

Ws.bosm. (0)--— = - —————- • (38)

Uc(0) klk3+k2k4+k3k4

Тогда передаточная функция с отрицательной обратной связью пс возмущению принимает вид

I (0) 1

Wg.BOSM. (О) = - =--" (39)

с о.о.с. Uc(0) k3+k4(к2+кЗ)/kl

а без отрицательной обратной связи

1я(0) 1

Wa.BO3M.(0) -----' (40)

баз О.О.С. Uc(0) кЗ

С учетом (39) и (40) получаем

1я(0) еез О.О.С. к2-к4 1

- = 1 + - + - . (41)

1 (О) С о.о. с. kl-кЗ kl

Уравнение (41) показывает, что в случае автоматического регулирования влияние ис на ток якоря существенно уменьшается. Отношение (41) можно регулировать путем изменения только к4, т.к. все остальные коэффициенты фиксируемые.

Коэффициент к2 увеличивается с возрастанием числа оборотов тормозного устройства, но регулированию не подлежит из-за того, что частота вращения коленчатого вала ДВС задается программой обкатки и испытания.

Для определения пределов регулирования к4 с точки зрения переходных процессов знаменатель характеристического уравнения замкнутой системы передаточной функции по возмущению (37) приравнен нулю и подставлены действительные значения ДПТ 4П-355-13-132-УЭ. к1=1?в=15 Ом к2=150 кЗ=Яя=0,04 Ом

1.в=7,5 Гн Тв=0,5 с Тя=0,01 с

ао=0,003 (42)

Э1=0,306+0,0004-К4 (43)

а2=0,6+150,04-К4 (44)

Дискриминант характеристического уравнения (37) равен В12 - 4-ао-аг > 0 (45)

После подставки (42,43,44) в (45), найдено значение к4. 0,093636 + 0,002448-к4 + 0,000016-к42 - 0,0072 - 1,80048-к4 > О О,000016-к42 - 1,798032-к4 + 0,086436 > 0 (46)

к4,1=0,05 к4,2=112376,95

Таким образом, колебательность переходного процесса не будет наблюдаться при изменении (?д в пределах ГО;0,05] и С11237б,95;<»3. Коэффициент к4,2 не имеет смысла, т.к. тормозное устройство не будет загружаться необходимым тормозным моментом при малом токе в цепи якоря.

Для выяснения влияния коэффициентов к2 и к4 на колебательность тормозного момента при скачкообразном изменении напряжения сети системы ОТС рассмотрена формула (34). Дискриминант имеет положительное значение при выполнении условия

к2•к4=сопзй (47)

Для рассматриваемого ДПТ 4П-355-13-132-У2 коэффициент к2 изменяется в пределах от 50 до 220 . При к2=150 к4=0,05. Для крайних значений к2 коэффициент к4 имеет значения соответственно 0,15 и 0,034.

Поэтому при проектировании схемы стенда тормозного устройства

для расчета необходимо использовать значение к2, соответствующее максимальной частоте вращения коленчатого вала ДВС. При этом условии колебания тормозного момента отсутствуют.

На заводе "Дагдизель" (г.Каспийск) была создана экспериментальная система обкаточно-тормозных стендов из трех тормозных устройств и одного группового ЭМП.

Количество тормозных устройств соответствовало минимальному числу, при котором возможна проверка результатов теоретических исследований.

В качестве группового преобразователя использован преобразователь Леонардо 1DP924-4 стенда MEZ VSETIN. Первое тормозное устройство М1 выполненно в балансирном варианте на базе ДПТ типа 2ПН200ЬУХЛ4 независимого возбуждения. Второе тормозное устройство М2 собрано на базе генератора агрегата ДГП-14/1500-1 (дизеля 5Д4 и генератора постоянного тока со смешанным возбуждением П-62М). Третье тормозное устройство МЗ типа 1DS742- от стенда MEZ VSETIN. Питание обмоток возбуждения ЭМП и всех трех тормозных устройств осуществлялось непосредственно от промышленной сети. В качестве регуляторов возбуждения использовались трансформаторы типа А0СН-20.

На собранной системе ОТО обкатывались три одинаковых дизеля 5Д4(4Ч8,5/11).

Экспериментальное исследование системы ОТС на стабильность тормозного момента проводилось при горячей обкатке на втором М2 и третьем МЗ тормозных устройствах. Тормозное устройство М1 в первом случае работало в режиме горячей, а во втором - в режиме холодной обкатки. Сброс-наброс нагрузки в первом случае проводился на третьем тормозном устройстве, а во втором случае - на втором. Контрольные измерения тормозного момента проводились соответственно на первом и третьем тормозных устройствах.

Проведенные экспериментальные исследования системы ОТС из трех тормозных устройств и группового ЭМП в различных режимах работы подтвердили основные теоретические положения, изложенные в диссертации.

В четвертом разделе, согласно нормативным документам "Типовая методика определения экономической эффективности капитальных вложений" и "Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники,

изобретений и рационализаторских предложений", проведена оценка экономической эффективности системы ОТС и оптимизации надежности группового преобразователя, приведены результаты сравнительного анализа.

Система обкаточно-тормозных стендов состоит из двух последовательных подсистем (группы тормозных устройств и группового электромашинного преобразователя). Суммарные приведенные затраты 1 как функции показателя надежности и количества тормозных устройств в системе ОТС представлены в виде

г = го(п) + гр(И(х);п) + У(й(х);п) , (48) где У - годовой ущерб;

Ъо- годовые затраты системы ОТС без резервирования ЭМП; 2р- годовые затраты на резервирование системы ОТС ЭМП; !? - вероятность безотказной работы системы ОТС; х - число резервирований элементов системы ОТС; п - количество тормозных устройств в системе ОТС.

Зависимость приведенных годовых затрат от числа тормозных уст-

Г «I

роиств в системе ОТС без резервирования Ъ и с резервированием Ъ группового преобразователя, поясняющая данное уравнение представлена на рис.7.

Для ОТС с рекуперацией электроэнергии в промышленную сеть мощностью более 100 кВт общий показатель экономии приведенных годовых затрат определен как

Ъ = 0,209-К + МИхоАотс " Иго-Иотс) , (49) где К - полная стоимость ОТС в руб. ;

Ь - удельная тарифная стоимость электроэнергии, руб/(кВт-ч); №хсг энергия, кВт-ч/год, потребляемая ДВС в процессе холодной обкатки;

Wro- энергия, кВт-ч/год, выделяемая ДВС при горячей обкатке; Ноте - КПД ОТС.

Из равенства видно, что годовые затраты Ъ можно уменьшить и даже преобразовать в доход двумя способами: уменьшить стоимость стенда; повысить КПД ОТС, и тем самым увеличить количество рекуперируемой электроэнергии в промышленную сеть, оставшуюся на нужды предприятия.

Зависимость приведенных годовых затрат на один стенд для систем различных типов ОТС в зависимости от количества тормозных устройств на испытательном участке представлена на рис.8.

1--»- пр-«-

резервирования резервированием

Рис.1. Зависимость приведенных годовых затрат 1 от числа тормозных устройств п в системе ОТО без резервировании 2' и с резервированием 2": Уо - ущерб без резервирования; 1с- -затраты на систему ОТО без резервирования; 2р - затраты на резервирование; Ур - ущерб при резервировании.

\

(млн.руб)

3.0 ••

2.0 •■

1.0 -

1 2 3 4 5

20

п(шт)

Рис.8. Зависимость относительных годовых затрат Z (на единицу ОТО) от числа стендов n: 1 - ВВС ; 2 - AVL : 3 - MEZ VSETIN ; 4 - ГОСНИТИ : 5 - система ОТС.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В условиях непрерывного роста цен на энергоносители для утилизации энергии двигателей внутреннего сгорания, выделяемой в процессе их обкатки и испытаний, наиболее рационально использовать обкаточно-тормозные стенды, выполненные с тормозным устройством на базе электрических машин.

2. Констругацш современных ОТС с рекуперацией электроэнергии в промышленную сеть отличаются сложностью и высокой стоимостью в связи с их универсальностью, возможностью использования для любых типов ДВС при любых видах и программах испытаний без учета их количества на испытательном участке. Поэтому для типовых приемо-сдаточных испытаний ДВС на ремонтных и моторостроительных заводах следует применять систему ОТС, созданную на базе разработанного по результатам настоящих исследований энергосберегающего метода.

3. В качестве основных элементов системы необходимо использо-

вать:

- тормозное устройство, выполненное на базе безбапансирной машины постоянного тока;

- групповой электромашинный преобразователь, состоящий из двигателя постоянного тока и синхронной машины, валы которых механически соединены между собой.

4. Результаты выполненных исследований показали, что система обкаточно-тормозных стендов обладает высоким КПД рекуперируемой энергии, благодаря непосредственному использованию тормозной энергии, выделяемой в процессе горячей обкатки на одном стенде для прокручивания вала двигателя во время холодной обкатки на другом стенде, минуя групповой ЭМП. В промышленную сеть поступает лишь разница между энергией, генерируемой при горячей обкатке или испытании и потребляемой при холодной обкатке. В процессе обкатки и испытании 20 дизелей ЯШ-238НБ ИЩ рекуперируемой электроэнергии составляет 71%.

5. Исследования системы ОТО показали:

6.1. Относительная стоимость ОТС для ЯМЭ-238НБ на авторемонтном предприятии снижается на 15...40%.

5.2. При расходовании не более 3% номинальной мощности тормозного устройства обеспечивается:

- простота процесса регулирования частоты вращения коленчатого вала ДВС при холодной обкатке и тормозного момента при горячей обкатке и испытании путем изменения тока возбуждения;

- удобство в эксплуатации и возможность автоматизации.

5.3. Стабильность тормозного момента стенда не зависит от нестабильности напряжения промышленной сети. При наиболее неблагоприятных условиях (без схемы стабилизации) нестабильность тормозного момента не превышает 4,38%.

5.4. Коэффициент мощности системы ОТС равен единице. При этом система может быть использована, как регулируемый источник реактивной мощности, с целью повышения коэффициента мощности цеховой сети.

5.5. Система обкаточно-тормозных стендов генерирует синусоидальный ток и не искажает форму кривой напряжения цеховой сети.

6. Система ОТС изготавливается из серийно выпускаемых электри-

ческих машин, что обеспечивает ремонтопригодность в условиях авторемонтных предприятий или моторостроительных заводов при сравнительно невысокой квалификации персонала.

7. Разработанная инженерная методика позволяет выполнить расчеты основных характеристик системы ОТО применительно к конкретным объектам.

8. Экономическая эффективность внедрения результатов исследования составляет 1,2 млн. руб. в год в ценах 1992 года.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

1. Коваленко Г.А., Чикунов Ю.М. Система обкаточно-тормозных стендов с рекуперацией электроэнергии в промышленную сеть.-В кн. Нетрадиционные электромеханические преобразователи с компьютерным управлением. Тезисы докладов семинара (16-18 июля 1992 г. - Севастополь).

2. Коваленко Г.А., Чикунов Ю.М. Система стенд1в для обкатки дви-гун1в внутр1шнього згоряння.-В кн.Теор1я та модел1 пристро1в вим1рювально1 техн1ки: 36. наук.пр./Редкол.: А.К.Шидловський (в1дп.ред.) та iH. - Ки1в: 1н-т електродинам1ки АН Укра1ни, 1993.- 90 с.

3. Коваленко Г.А., Чикунов Ю.М. Методика розрахунку групового перетворювача системи обкатно-гальмових стендiB.-В кн. TeopiH та модел1 пристро1в вим1рювально1 техн1ки: 36. наук.пр./ Ред-кол.: А.К.Шидловський (в1дп.ред.) та iH. - KniB: 1н-т елект-родинамгки АН Укра1ни, 1993.- 90 с.

4. Омаров М.-С.М., Чикунов Ю.М. Автоматическая стабилизация тормозного момента стендов для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания. Известия вузов. Приборостроение. 1995. Т.38, стр.11-13.

5. Чикунов Ю.М., Омаров М.-С.М. Оптимизация надежности системы обкаточно-томозных стендов - В кн. Вопросы проектирования и опыт разработки современных радиотехнических систем и приборов: Сб. науч. тр. под ред. доцента Зеленина М.Л.- Махачкала, Дагестанский государственный технический университет, 1996 -2£0с.

6. чйган Л.К., Чикунов Ю.М., Техушев А.Х. Оценка надежности различных конструкций обкаточно-тормозных стендов испытательных

машин. Повышение эффективности использования сельскохозяйс-тенной техники. Информационный вестник диссертационного совета Д 063.72.04 Выпуск 2. Мордовский госуниверситет им.П.Н.Огарева. Саранск 1997-122с.

7. ЧелпанЛ.К., Чикунов Ю.М., Техушев А.Х. Проверка методики расчета системы обкаточно-тормозных стендов на частость и продолжительность критических ситуаций. Повышение эффективности использования сельскохозяйстенной техники. Информационный вестник диссертационного совета Д 063.72.04 Выпуск 2. Мордовский госуниверситет им.П.Н.Огарева. Саранск 1997-122с.

8. ^Шан Л. К., Чикунов Ю.М., Техушев А.Х. Оптимизация надежности и расчет запасных элементов стендового оборудования испытательных станций.Повышение эффективности использования сельскохозяйстенной техники. Информационный вестник диссертационного совета Д 063.72.04 Выпуск 3. Мордовский госуниверситет им.П.Н.Огарева. Саранск 1998-212С.

9. Патент Российской Федерации N2039348. Стенд для испытаний двигателей внутреннего сгорания. Чикунов Ю.М. 1994г.

10. Патент Российской Федерации N2044294. Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания. Чикунов Ю.М. 1993г.