автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Повышение эффективности систем регулирования температур теплоносителей дизелей тепловозов, эксплуатируемых в Сирии

Р Г Б ОД

1 7 АПР 1925

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

на правах рукописи

АХМЕД ТАЛИБ АПИД

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУР ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЕЙ ТЕПЛОВОЗОВ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В СИРИИ

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

АВТОРЕФЕ РА Т

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Московском Государственном Университете путей сообщения (МИИТ).

Научный руководитель - действительный член Академи

Транспорта России и Транспортной Академии Украины, доктор технических наук профессор Луков Н.М.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

профессор Стрекопытов В.В. - кандидат технических наук Поварков И.Л.

Ведущее предприятие - концерниТрансмаш"

ее

Защита состоится" лЛаЛ 1995 г. час.

на заседании диссертационного совета Д 114.05.05 Московского Государственного Университета путей сообщения по адресу: 101457. ГСП. Москва, ул. Образцова, 15 . ауд. A4Q . С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета. Автореферат разослан " -4-1 Ъг^Ы 1995 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по адресу-Университета.

Ученый секретарь

диссертационного совета -^

Д114.05.05 д.т.н. ,профессор//^-5??^^^7в. Н.ФИЛИППОВ

I. Актуальность темы исследования

Основу локомотивного парка Сирийской Арабской республики составляют тепловозы ТЭ114,ЧМЭЗ, ТЭМ2, которые эксплуатируются в условиях жаркого климата с повышенной запылённостью окружающего воздуха.

I

В последние десять лет в Сирии железные дороги работают в условиях все возрастающей конкуренции в перевозках со стороны авиакомпаний и частных автотранспортных фирм. Это требует перевода управления железной дорогой на коммерческие принципы, т.е. к необходимости снижать затраты на эксплуатацию и ремонт подвижного состава необходимо повышать скорости движения и экономичность и надежность, при сохранении на определенном уровне безопасности движения и надежности подвижного состава.

Поэтому для железных дорог Сирии весьма актуальными становятся задачи исследования экономичности и надежности эксплуатируемых тепловозов в целом и, в частности, путей повышения экономичности, надежности и долговечности дизелей и тяговых электрических машин. Кроме того, отсутствие в Сирии методик оценки и анализа экономичности ДВС и его вспомогательных агрегатов затрудняют разработку и выбор автоматическ'-х систем управления и регулирования для ДВС и его систем охлаждения.

Также весьма актуальны исследования влияния затрат мощности на охлаждение и применяемых типов приводов, а также различных автоматических систем на экономичность и надежность ДВС и его вспомогательных агрегатов.

Среди этих систем важное место занимают автоматические систе ы регулирования температуры (АСРТ) теплоносителей тепло-

воэпых дизелей. Анализ принципиальных схем и результатов исследований АСРТ транспортных две с различными типами автоматических регуляторов температуры (APT) показывает, что наилучшими для условий эксплуатации в Сирии являются системы с непрерывными APT.

Исследованиям АСРТ ДВС (в том числе дизелей тепловозов), определению характеристик и параметров систем охлаждения ЛВС 8ак объекта регулирования температуры (ОРТ), определению свойств элементов APT и затрат мощности нд привод их вентиляторов охлаждения, а также исследованию устойчивости и качества работы АСРТ посвящены работы ученых: В.И. Крутова, М.И. Левина, Н.М. Лукова, А.И. Володина, В.Д. Кузьмича, Ю.А. Куликова, Ю.В. Ольховского, В.В. Стрекопытова,. A.B. Грищенко, Ю.И. Миловидова,

A.A. Ляшенко, А.И. Кравцова, Е.Ю. Логиновой, Л.А. Чернышова,

B.А. Петракова. Исследования показали, что существенно улучшить технико-экономические показатели тепловозных дизелей можно за счет разработки и совершенствования АСРТ, поддерживавших требу-еные по условиям экономичной и надежной работы дизелей уровни температур теплоносителей.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ: Целью диссертационной работы является повышение топливной экономичности и надежности дизеля тепловоза и систены охлаждения (СО) за счет создания непрерывных АСРТ,имеющих высокое качество работы и поддерживающих тепловое состояние дизеля на уровне,обеспечивающем надежн; и экономичную работу во всем диапазоне изменения мощности дизеля и тенлературы наружного воздуха т'вэ с учетом специфических климатических условий и режимов работы тепловозов, вксплуатиру-екых в Сирии.

Для решения поставленной задачи необходимо:

- разработать математическую модель, методику, алгоритм и программы расчета на ЭВМ регуляторных, статических и динамических характеристик и параметров СО дизеля тепловозов ЧМЭЗ как нелинейного связанного объекта регулирования температуры . во

I

всем диапазоне изменения Ыд и Т вэ ;

- разработать функциональную, принципиальную и.структурную схемы модернизированных непрерывных АСРТ дизеля тепловоза ЧМЭЗ;

- разработать математическую модель, алгоритмы и программы расчета статических и динамических характеристик и параметров нелинейной статической непрерывной АСРТ дизеля тепловоза ЧМЭЗ;

- разработать схемы методику, алгоритмы и программы расчета параметров непрерывного APT при которых обеспечивается качество работы не ниже заданного, то есть решить задачу параметрического синтеза АСРТ;

- выполнить технико-экономический расчет эффективности применения разработанной непрерывной АСРТ по сравнению со штатной релейной АСРТ в условиях тропического климата Сирии;

- оценить эффективность применения на тепловозе ЧМЭЗ связанных СО с межконтурным перепуском воды, разработать принципиальные схемы АСРТ, объектам регулирования которых являются связанные нелинейное СО.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ: решение поставленной задачи выполнялось на основе:

- результатов анализа исследований климатических и эксплуатационных условий и влияния температур Тр теплоносителей на технико-экономические показатели дизелей и методик расчета АСРТ транспортних ДВС,

- разработки методики расчета статических и динамических характеристик и параметров нелинейной связанный СО дизеля как ОРТ,

- разработки методики расчета статических и динамических характеристик и параметров модернизированной АСРТ тепловозного дизеля,

- численного моделирования и исследования статических и динамических характеристик модернизированных СО и АСРТ дизелей тепловоза ЧМЭЗ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА: Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана нелинейная математическая модель для расчета статики связных межконтурным перепуском охлаждающей воды СО тепловозного дизеля как ОРТ, отличающаяся от известных моделей' учетом влияния температур теплоносителей на тепловыделения дизелей и влияния загрязнения радиаторов на статические и динамические параметры СО;

- разработаны схемы, методика, алгоритм и программа расчёта параметров APT, обеспечивающих заданное качество работы модернизированной непрерывной АСРТ воды дизеля тепловоза ЧМЭЗ? .

- обоснована необходимость применения межконтурного перепуска и определены характеристики связной СО;

- обоснована необходимость применения принципа инвариантности в АСРТ т.в, компенсации действия Лд и т'вэ;

- разработан принцип построения связной комбинированной АСРТ дизеля тепловоза ЧМЭЗ»

- намечены пути совершенствования АСРТ дизелей.тепловозов, эксплуатируемых в Сирии, при этом наложены ограничения на про-

цесс модернизации АСРТ:

1) максимально использовать серийные локомотивные элементы автоматики;

2) минимальная переделка оборудования тепловоза;

3) переделка оборудования тепловозов в условиях локомотивного депо.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ: разработанные методики расчета применены при создании непрерывной АСРТ воды дизеля тепловоза ЧМЭЗ и могут быть использованы при разработке также систем для тепловозов других типов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ: Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых - специалистов,аспирантов и студентов МГУПС /МИИТа/ (г.Москва,1993 г) на заседаниях секции "Энергетические установки,передачи и автоматика локомотивов" Кафедры "Локомотивы и локомотивное хозяйство" МИИТа (Москва, 1994 . г , 1995. г) и на заседании'кафедры "Локомотивы и локомотивное хозяйство" МИИТа (Москва,1995.г).

ПУБЛИКАЦИИ: по теме диссертации опубликовано три статьи, депонированные в ЦНИИТЭИтяжмаш и ЦНИИТЭИ МПС.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ: диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из наименований. Работа содержит<2Л?стр, в том числе/У/стр. машинописного текста,. стр. рисунков, 9 стр. литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение: обоснована актуальность темы диссертационной работы и кратко изложено ее основное содержание.

проведем анализ климатических и эксплуатационных условий работы тепловозов в Сирии. Для большей части территории Сирии характерен субтропический континентальный климат с большим количеством осадков зимой и засушливым летом. Анализ показал, что по климатическим условиям страну можно условно разделить на три климатических района. Для прибрежного района характерен мягкий субтропический климат Средиземноморья: мягкая зима со средней температурой в январе 12+2°С и засушливое лето со средней температурой в июле - 26.+2°С, В центральной и восточной части страны климат субтропический континентальный с большими сезонными и суточными колебаниями температуры воздуха. Максимальная температура воздуха в самый жаркий период (июль-август) достигает 45+3°С, а минимальная - в декабре-январе - достигает 0°С, а иногда -10°С. В северо-восточной части страны климат субтропический с жарким летом со средней температурой воздуха в июле 30°С и сравнительно теплой зимой с температурой воздуха в январе +8°С. На основании анализа данных по среднемесячным температурам воздуха характер годового изменения текпеЗратуры можно считать синусоидальным:

. Т'ва » а + в • ein (0,5 nc - Dnc) , (1)

где: а т- коэффициент, значение которого равно среднегодовой Т'вэ. К»

в - коэффициент, значение которого равно половине диапазона изменения Т_'вэ в году;

пс - текущее число суток;

Dn0 -число суток, равное сдвигу максимума Т'вэ по отношение к середине года.

Анализ изменения среднесуточной температуры показывает,

что изменения Т'вэ во времени в течение суток имеет также синусоидальный характер.

Т'вэ = с + d ' sin (16,37 • пч - Dn4) (2)

где:с -коэффициент, значение которого равно среднесуточной Т'вз; d - коэффициент, значение которого равно половине диапазона

изменения Т'вз в течение суток;

!

пч - текущее число часов;

Dn4 - число часов, равное сдвигу максимума характеристики Т'вз (пч) относительно точки пересечения ею значения среднесуточной Т'Вз*

Анализ зависимостей (1) и (2) показал, что тепловозы в Сирии работает в условиях быстрого изменения T'B3 в больших диапазонах (30—Зб°С - годовой и 24-26°С - суточный).

Локомотивный парк железных дорог Сирии состоит из тепловозов ТЭ114 И ТЭМ2 (СНГ), ЧМЭЗ (ЧСФР) и Е17С (США), причем основную долю составляют магистральные тепловозы ТЭ114 и маневровые ЧМЭЗ и ТЭМ2. Таким образом, на тепловозах применяются в основном четырехтактные дизели.

Анализ пропускной способности показывает, что наиболее загруженные участки - Тартус-Хомс-Тадмор, связывающий прибрежный и восточный районы и Латакия-Хал'-'Э-Камышли, связывающий прибрежный и северо-восточный районы. Кроме того, участок Тартус-Хомс-Тадмор отличается большим количеством подъемов до 20%.

Анализ регионов работы тепловозов ТЭ114 показывает, что они работают в основном на холостом ходу (4,7%), на 7 позиции контроллера (ПК7 - 6%) и на ПК12_ПК^ (33%).

Анализ работы по повышению экономичности и надежности четырехтактного дизеля показывает, что необходимо поддерживать

уровень температур теплоносителей на холостом ходу и частичных режимах на 10-30°с выше, чем на номинальном режиме. Так, для дизеля маневровых тепловозов ТЭМ2 при повышении температуры наддувочного воздуха с 25°С до 55°С при работе на холостом ходу расход топлива уменьшается на 12%, а при повышении температуры масла с б0°С до 75°С - расход топлива уменьшается на 13%. Между тем, на режимах полной мощности, особенно при высоких Т'вз, необходимо интенсивное охлаждение теплоносителей, так как высокие температуры теплоносителей приводят част.о к закипание воды в со, снижению вязкости масла и перегреву дизеля, что приводит к повышенному износу деталей ДВС. Подробному анализу отказов дизелей и СО дизелей в условиях эксплуатации стран Азии и Африки посвящены работы Хамдана A.M., Аббаса A.C. и Атраша М.К., Хриба М.С., Ю.В.Соина.

Анализ применяемых на тепловозе ТЭ114, ТЭМ2, ЧМЭЗ СО показывает, что они, как правило, являются многомерными ОРТ, в которых необходимо регулировать температуры двух или трех теплоносителей, при этом число регулирующих воздействий должно быть равно числу регулируемых температур.

Анализ принципов построения и принципиальных схем СО тепловозов как ОРТ позволяет сделать следующие выводы:

- в одноконтурных СО принципиально невозможно поддерживать рациональные по расходу топлива и надежности значения температур всех теплоносителей в диапазоне изменения Ыд(пд)..

- с точки зрения обеспечения раздельного регулирования температур теплоносителей наиболее предпочтительными являются многоконтурные СО, применяемые на тепловозах ТЭМ2 и-ЧМЭЗ. Однако, СО дизеля тепловоза ЧМЭЗ с раздельными шахтами охлаждающего

устройства и вентиляторами охлаждения как ОРТ позволяет решить задачу раздельного регулирования температур теплоносителей.

Анализ исследований различных АСРТ и экспериментальных данных о работе АСРТ дизелей тепловозов ТЭ114, ТЭМ2, ЧМЭЗ показывает, что применяемые на данных тепловозах релейные АСРТ даже при раздельном регулировании температур на тепловозе ЧМЭЗ принципиально не могут обеспечить требуемые уровни температур теплоносителей. Кроме того, известно, что релейные АСРТ работает в режиме автоколебаний, что приводит:

- к появлению знакопеременных напряжений в радиаторах СО, что снижает долговечность радиаторов;

- к повышенным в 2-5 раз по' сравнению с качественными непрерывными АСРТ затратам энергии на привод вентилятора охлаждения.

Вторая глава посвящена разработке методик, алгоритмов и программ расчета статических и динамических характеристик и па-раметровв модернизированных систем охлаждения дизеля тепловоза ЧМЭЗ как объектов регулирования температуры.

Выполненный в предыдущей главе анализ принципов построения и принципиальных схем СО тепловозных дизелей как ОРТ показывает, что существенное улучшение их характеристик достигается применением межконтурного перепуска вод: .

■Проведенные исследования условий эксплуатации тепловозов в Сирии показали необходимость учета в математической модели влияния изменения температур теплоносителей на статические и динамические характеристики и параметры СО как ОРТ и снижения теп-лоотвода (2р радиаторов в процессе эксплуатации из-за высокой запыленности атмосферного воздуха, приводящей к интенсивному загрязнению поверхностей радиаторов.

Из вышеуказанного следует, что разрабатываемая математическая модель, описывающая статические свойства связанных СО дизеля тепловоза ЧМЭЗ как ОРТ, должна базироваться на нелинейных уравнениях теплового баланса и теплопередачи, учитывающих влияния температур теплоносителей на тепловыделения В воду и масло (<ЭВ, 0М) , значения коэффициентов теплопередачи ВМТ и ОНВ:

й - Ср-СЧт'х - т"!)

I И И I

. (Т 1 - т 2) - <Т ! - Т 2)

Ср'С (Т 1 - Т !) = КТ'е -;-^-,(3)

Т 1 ~ Т.2

1„ —--—

Т ! - Т 2

где: Т', Г" - температура теплоносителей соответственно на входе и выходе в дизель и радиатор;

' Ср - теплоемкость теплоносителей;

С - расход теплоносителей;

е - коэффициент, учитывающий схему движения и соотношение расходов теплоносителей;

О - тепловыделение дизеля в теплоноситель.

Таким образом, математическая модель описывается системой

нелинейных алгебраических уравнений 12-20-ого порядка.

Анализ системы нелинейных алгебраических уравнений п-12-20 порядка показывает, что исследуемые СО является сложным многомерным связанным ОРТ с многочисленными перекрестными связями по каналам действия основных возмущающих (Ид, Т'вэ) и регулирующих {Сва, Ск) воздействий и непосредственное решение такой системы достаточно сложно. Поэтому в методике расчета модель разделяется на ряд блоков, решаемых на ЭЦВМ численными методами (Ньютона-Рафсона, Гаусса, итераций) и связанных между собой уравнениями вхсЗда-выхода.

Анализ результатов исследований позволил .установить, что зависимости 0В и 0Н от Ид носят логарифмический характер, причем параметры этой зависимости являются функциями, соответс- •

• I I

твенно, Т в, Т м, Г вэ при фиксированных значениях Nfl: увеличение т'вз приводит к возрастанию QB, QM, повышение же уровня т'в, т'м, наоборот, приводит к уменьшению QB, QM. В разработанной методике использовались аппроксимирующие зависимости QB(,

■ i ti

т в» т вэ) 11 <2м(мд» Т в, Т вз), полученные при экспериментальных исследованиях четырехтактных тепловозных дизелей:

Т'в - 273 г , ,

QB - ад/(1,61--• bx + Cl- (T вз - 273) Нд-<?-, (4)

124,6 L J

Разработанная методика расчета позволяет также определять регуляторные характеристики СО, т.е. рассчитать требуемые для поддержания заданной регулируемой температуры значения регулирующих воздействий (ш). Для заданных Лд и т'вз требуемые ю определяются из уравнения:

Т(т) - тР = 0, (5)

решаемого методом бисекций.

Выполненные расчеты показали, что уменьшение Qp) обусловленное загрязнением радиаторов, приводит к существенному уменьшению коэффициента передачи СО (Km), росту Т'в и, как следс твие, к увеличению подачи ВО (GB3), требуемых для поддержания заданного уровня Т'в. Очевидно, что при этом значительно возрастают затраты мощности на привод ВО.

Выполненные расчеты также показали, что значения К, полученные по известным методикам, не учитывающим влияния т'в на QB, более чем в два раза превышают значения Km, рассчитанные по разработанной методике, учитывающей зависимость QB от Т'в, что позволяет разрабатывать ACPT, имеющее достаточный запас устойчивости при большем по крайней мера в 2 раза коэффициенте пере-

/,аче регулятора Крс по сравнению со значениями КрС, полученными по известным методикам;

Для определения динамических свойств СО разработана математическая модель, содержащая нелинейные дифференциальные и алгебраические уравнения, описывающие соответственно инерционные и безынерционные блоки СО.

Процессы аккумулирования теплоты описываются уравнением

типа:

ЙТС

dt

Опод ~ Оотв» ' ■ (6)

где. С - приведенная теплоемкость емкости ОРТ;

0ПОД, Qotb ~ количество теплоты, соответственно, подводимой и отводимой в емкости ОРТ; ""с - температура теплоносителя; t - время.

Анализ результатов расчетов динамических свойств СО позволил сделать вывод, что динамические параметры СО (постоянная времени Тсо/ время запаздывания teg) не остаются постоянными

при изменении режимов и условий работы дизеля и возрастают при

1 •

уменьшении Яд, Т вз, GB3 и повышении уровня Т. Вр. Диапазон изменения Тсо ПРИ переходе с ПК8 и т'8Э = 323 К на ПК1 и т'Вз = 263 К и регулируемой температуре Т'вр = 363 К составляет 3240 С, при том Тсо увеличилась'более чем в 11,3 раза с 315 до 3555

■ I

С, для Т вр = 343 К и того диапазона изменения ПК и Т вэ,

Тсо увеличилась в 18,1 раза с 133 до 2410 С. При этом при всех * *

значениях ПК и Т вз значения Тсо ПРИ т вр = 363 к превышают

■ I

значения Тсо ПРИ т вр= 34 3К,99 причем с уменьшением ПК и Т вз

t

эта разница существенно возрастает. . Например, при Т вэ = 263 К различие в Тсо на ПК 8 составляет около 360 С, а на ПК 1 - 1145

I

С, а при Т вэ = 2323 К, соответственно, - 182 и 580 С.

В ходе исследования были выполнены расчеты г.огоянных времени Тсо и амплитудно-фазовой частотной характеристгки (АФЧХ) дизеля тепловоза ЧМЭЗ по известным методикам, не учитывающие влияния Т'в на QB. Анализ результатов расчетов показал, что постоянная времени Тсо, модуль А (при угле сдвига по фазе J = -180°) и угол F « |р - f| (при А = 1) превышают соответствующие значения Tqq, А и f, полученные по методике, учитывавшей шя-ние Т'в на QB, и следовательно при проектировании АСРТ разработчики будут вынуждены ориентироваться (для обеспечения требуемого запаса устойчивости) на меньшие значения коэффициента передачи КрТ APT и ухудшение показателей качества работы АСРТ.

Третья глава посвящена разработке методик расчетного исследования элементов APT с гидродинамический привод вентилятора (ГДПВ) и определения параметров APT, обеспечивающих задан: ^е качество работы статической АСРТ воды дизеля теплопоза.

В разрабатываемом APT воды дизеля тепловоза ЧМЭЗ предложено использовать в качестве УО серийный пневматический преобразователь температуры типа ДТПМ, а для регулирования расхода масла в ГДПВ - дросселирующий золотник с мембранным ИМ.

Из-за нелинейности воздушноводяная СО (ВВСО) и APT задачу определения параметров APT, обеспечивающих заданное качество АСРТ, нельзя решать с помощью косвенных оценок, применяемых при синтезе линейных систем регулирования. Поэтому для ont деления показателей качества (время регулирования Тр, перерегулирование Из, статическая неравномерность) разработаны методики расчета

тати2ческих и динамических характеристик АСРТ.

Особенность расчета статических и динамических характеристик заключается в учете нелинейностей ВВСО и APT.

Математическая модель статики АСРТ представляет собой сист ому нелинейных алгебраических уравнений, описывающих ВВСО и APT.

">ешен"е системы сводится к определению точки совместимой работы ВВСО и APT. Координаты точки определяются из нелинейного алгебраического уравнения:

Т'в <свз) " Т„ (Свэ) = 0, (7)

где: Т'в - регулируемая температура воды;

Тн - температура воды, омывающей измерительный сильфон УО.

Решение системы ведется' методом деления отрезка пополам. Иа расчета статики определяются начальные условия для расчета динамики АСРГ.

Динамические характеристики УО аппроксимировались характеристиками последовательного соединения трех звеньев: запаздывания. апериодического и нелинейного безынерционного (пневмати-кзская система УО). Динамические характеристики ГДПВ описываются уравнениями:

d2DwT dDwT г dDwH и

Т22 - + Tj. - + DwT = -Кр " DGa+Ku * Тв • - + DwJ,(8)

dt2 dt ■ L dv,H J

где: Т2 - постоянная времени, характеризующая генерирование собственных колебаний ГДПВ, С?

Т?! - постоянная времени, характеризующая демпфирование собственных колебаний привода, С;

Тв - постоянная времени привода по возмущающему воздействию , С; ' - •

Кв - коэффициент передачи привода по возмущающему воздействию;

Кр - коэффициент цепи передачи ГДПВ по управляющему эоэ-действию, с-1/мэ/с.

Таким образом, математическая модель динамики АСРТ содержит нелинейные алгебраические и дифференциальные уравнения, описывающие инерционные и безынерционные элементы АСРТ. Система решается методом Эйлера.

Расчета по определению коэффициента передачи APT (Кдр>г), обеспечивающего заданный запас устойчивости по модуле и фазе показали, что наиболее тяжелыми для обеспечения заданного качества являются режимы минимальных Нд и Т'вз. Так, для ПК1 Т'эз - -50°С - КАРТ » 0,245 (кг/сJ/град, а для ПК1 и Т'вэ = +40°С = 1,2 (кг/с)/град. При уменьшении от ПК1 и Т'вз = -40°С до ПКЗ и Т'вэ - +40°С Кдрт увеличивается более чем в 16 раз.

Для обеспечения заданного качества работы проектируемой АСРТ в условиях эксплуатации тепловоза в СирИи в качестве расчетного принято значение Кдр-р, полученное для наиболее тяжелых условий работы (ПК1 и Т'вэ » 0°С).

Анализ расчетов переходных процессов АСРТ при данном Кдрт во всем диапазоне изменения ПК и Т вэ показывает, что качество работы АСРТ (запасы устойчивости) не ниже заданного. Наибольшиь значения перерегулирования а,- колебательности и времени регулирования Тр имеют место при Т'вз - 0°С и ПК1, соответственно, 52*, 4, 2700 С, при изненении Dnfl » 100 о/мин. Однако, при т'вз и ПК выше минимальных обеспечить заданные запасы устойчивости можно и при более высоких Кдрт и, следовательно, получить меньшие значения статической неравномерности АСРТ по Яд и Т'вз. Из

"этого следует необходимость разработки комбинированных АСРТ , и сигнальной и параметрической компенсацией Яд и Т'вз.

Четвертая глава посвящена определению путей совершенствования АСРТ ДВС тепловозов, эксплуатируемых в Сирии, разработке схем комбинированной связанной АСРТ, использующей дополнитель--ные игналч управления по Кд и 1'вз.

Для повышения качества АСРТ воды и масла дизеля тепловоза чмэз разработана комбинированная связанная АСРТ (КАССРТ), содержащая в отличие от релейных и непрерывных APT, применяемых в АСРТ с ГДПВ и электрический привод вентилятора (ЭПВ) на постоянном ток^, сумматоры пневматических сигналов по регулируемой температуре (Т'в и Т'и) и дополнительных сигналов по Ид и Т'вэ и трехходовый перепускной клапан для перепуска воды контура охлаждения диойяя в контур, охлаждающий масло и наддувочный воздух. Применение автоматического межконтурного перепуска позволяет, как показали проведенные по разработанным во второй главе диссертации программ расчета, существенно (на 30-35°С) повысить /ровни температур Т'м и Ts, что положительно сказывается на топливной экономичности, и надежности дизеля, особенно при работа на режимах малых нагрузок и низких температурных Т'вз. При этем также установлено, что коэффициенты передачи по регулирующему воздействию - подаче ВО GB32 уменьшаются примерно в 2 раза, что положительно сказывается на устойчивости и качестве работы АСРТ. Применение дополнительных сигналов управления по и Т'вэ позволит изменять устан _жу замкнутого контура АСРТ и ее статическую неравномерность в зависимости от и Т'вз, вплоть до получения отрицательной статической неравномерности по Лд и нулевой по Т'вз. Кроме того, введение дополнительных сигналов .

управления повышает качество работы АСРТ, т.е. повышается быст-родейЭствие, уменьшается время регулирования, число ТГолебанил, динамические забросы и т.д. Введение сигналов по Лд и Т'вз позволяет уменьшить требования к качеству работы зам лутого контура, что облегчает синтез параметров APT.

В заключение главы для повышения качества работы комбинь рованных АСРТ предложено использовать принцип параметрической компенсации Лд и Т'д. Делается вывод о том, что внедрение параметрической компенсации возможно при применении управляющих микро-ЭВМ.

Пятая глава посвящена технико-экономической оценке эффективности применения различных способов регулирования температуры во зы дизеля тепловоза ЧМЭЗ, которая определялась из расчета топлие ной экономичности дизеля при поддержании требуемыу уровней регулируемых температур, особенно на режимах малых нагрузок и при низких Т'вэ и по затратам энергии на охлаждение и на привод ВО при сравнении режимной, непрерывной и комбинированной АСРТ. Экономический-эффект при оборудовании тепловоза ЧиЭЗ непрерывной АСРТ воды по сравнению с релейной составляет 15921,5 кг экономии топлива в год, а при использовании комбинированной АСРТ с дополнительными сигналами управления по Лд и Т"вз вместо релейной -16069,84 хг экономии топлива в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результата выполненных исследований решена научно-техническая задача повышения эффективности АСРТ дизеля тепловоза, содержащего двухконтурную систему охлаждения с гидродинамичес-

ким ц электрическим приводом вентиляторов охлаждения. При этом установлено, что:

X. топливная экономичность тепловозных, дизелей и надежность и экономичность их существенным образом зависят от уровня и у рактера изменения температур теплоносителей - воды, масла, наддувочного воздуха. Для каждого типа дизелей тепловозов, эксплуатируемых в Сирии, существуют свои, определяемые экспериментально, рациональные по расходу топлива и износа дизеля зависимости температур теплоносителей от мощности Лд.

2. Условия работы и режимы нагружения дизелей тепловозов в Сирии созда! условия работы СО, APT и АСРТ не менее тяжелые, чем в условиях с умеренным климатом. Диапазоны изменения температуры Т'вэ, при которых работают тепловозы в Сирии, мало отличаются от диапазонов Т'вэ в условиях России. Существующие СО, релейные APT и АСРТ дизеля тепловозов, эксплуатируемых в Сирии, неспособны поддерживать рациональные уровни температур теплоносителей во всем диапазоне изменения и Т'вэ, что с учетом су-щестоующях суточных (24-36 К) и сезонных (30-36 К) колебаний Т'вэ и частых (по времени) и больших (по амплитуде) изменений Nfl стовит задачу разработки непрерывных связанных АСРТ.

3. Наиболее рациональным (с точки зрения материальных и финансовых затрат) способом решения задачи разработки и исследования характеристик непрерывной АСРТ теплоносителей дизелей тепловозов, эксплуатируемых в Сирии, является модернизация в условиях локомотивного депо релейн- о APT воды дизеля тепловоза ЧМЭЗ, содержащего ГДПВ, с максимальным использованием серийных элементов автоматики.

4. Разработанная, нелинейная математическая модель, методи-

ка, алгоритмы и программы расчета на ЭЦВМ статических и динамических свойств и параметров связанных СО дизелей ОРТ позволяют учитывать влияние на тепловыделение дизеля в теплоносители уровня их температур и нелинейный (логарифмический) характер уравнения температурного напора, позволяет более точно определять коэффициенты передачи, время запаздывания и постоянные времени СО как ОРТ.

Анализ выполненных расчетов также показывает, что значения Кп, полученные по известным методикам , не учитывающим влияния Т'в на <2В, более чем в два раза превышают значения Кт, рассчитанные по разработанной методике, учитывающей зависимость Ов от Уровня Т'в, что позволяет разрабатывать АСРТ, ймеющне достаточный запас устойчивости при большем, по крайней мере в 2 раза, коэффициенте передачи КрС по сравнению со зн? 'ениями КрС, полученными по известным методикам, не учитывающим зависимость от (2В от Т'в.

5. Высокая запыленность воздуха при эксплуатации теплоЕ -зов в Сирии требует учета влияния загрязнения редакторов на свойс2тва и параметры СО как ОРТ. Выполненные расчеты по разработанной методике показали, что уменьшение (2В, обусловленное загрязнением радиаторов, приводит к существенному росту Тв, а также к увеличению подач ВО, что приводит к увеличению затрат мощности Цд на привод ВО.

- Анализ полученных результатов расчетов Т^о и *со позволяет сделать вывод о том, что динамические параметры ВВСО (Тсо# ^со) не остаются постоянными при изменении режимов и условий работы дизеля и возрастают при уменьшении Нд, Т' ^э * ^вэ ^ пови-* шении уровня Т'Вр.

- На основе анализа исследований непрерывных АСРТ, работающих в условиях Сирии, сделаны вывод о ток, что существующие одноконтурные и многоконтурные непрерывные АСРТ при их внедрении на тепловозах типа ТЭМ2, ЧМЭЗ и ТЭ114 не обеспечивают рациональных значений температур теплоносителей во всем диапазоне изменения Ид и Т'вэ и требуется разработка комбинированных связанных АСРТ с автоматическим межконтурным перепуском теплоносителей.

Разработанная в данной диссертационной работе комбинированная связанная АСРТ воды и масла дизеля тепловоза типа ЧМЭЗ позволяет существенно повысить экономичность и надежность дизеля и его СО за счет подогрева теплоносителей при низких Т'Вэ и малых Нд, повысить запас устойчивости и каче'ство работы замкнутого контура регулирования с простейшим П-регулятором и обеспечить при соответствуйцем выборе параметров компенсаторов дополнительных сигналов управления по Ыд и Т'вэ отрицательную по Ид и нулевую по Т'вэ статическую неравномерность АСРТ.

- Экономический эффект при оборудовании тепловоза ЧМЭЗ непрерывной АСРТ воды дизеля по сравнению с релейной составляет 15 921,5 кг экономии топлива в год, а при использовании комбинированной АСРТ с дополнительными сигналами управления по Ыд и Т'вэ вместо релейной 16069,84 кг экономии топлива в год.

Основные аоложевяя и результата диссертгщиовпой работы опубликованы в работах:

1. Луков Н.М., Ахмед Г.А., Кузовов Э.И., Чернышов Л.А. Анализ климатических и эксплуатац нных условий работы систем охлаждения и регулирования температур теплоносителей дизелей тепловозов в Сирии // МИИТ. - М, 11992. 26 с. Деп. в'ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, N

0-13-ТМ92.

2. Луков Н.М., Ахмед Г.А., Чернышев Л.А., Кузовов Э.И. Повышение эффективности систем регулирования температур теплоносителей двигателей внутреннего сгорания тепловозов // ШИТ. - М., 1993. - 21 С. Деп. В ЦНИИТЭИ НПС, N 5912 ж.д.

3. Луков Н.М., Ахмед Г.А., Чернышов Л.А., Кузовов Э.И. Анализ статики и динамики воздушно-водяной системы охлаждения диза-лей тепловозов, эксплуатируемых в условиях тропического климата // МИИТ. - М., 1993. - 28 с. Деп. в ЦНИИТЭИ МПС, N5932 ж.Д.

4. Доклад на Всероссийской конференции посвященной 80-летию присвоения МИИТу статуса Института путей сообщения. - .»., ! 293.