автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Улучшение эксплуатационных показателей тепловыхдвигателей подвижного состава железных дорог регулированием систем топливо- и воздухоснабжения.

СЩЮУКРЛ1НСЫШЯ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

АЯЬ-АВАР IOCAU САХІН

ПОКРАЩИШ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ПОКАЗНИКІВ ТЕПЛОВИХ ДЗИГУ1ІІВ РУХОМОГО СКЛАДУ ЗАЛІЗНИЦЬ ' РЕГУЖВАННЯМ СКОЛЕМ ПАЛИВО- ТА ПОВІТРЯІЮСТАЧАННЯ

Спеціальність 06.22.07 - Руховій склад залізниць 1 тяга паїадів

ABTOPHSPAT дисертації m адобуття тукового ступеня кандидата технічних наук

Луганськ - 1997

Дисертація є рукопис. ,

Робота виконана на кафедрах "Двигуни внутрішнього згоряння" 1 "Локомотивсбудування1 ’ Східноукраїнського державного університету.

Наукові керівники: Заслужений діяч науки і техніки України,

• доктор технічних наук,

професор О.Г.РИБАЛЬ'ЯШКО

Науковий консультант: кандидат технічних наук .

доцент В.А.СЯАЦСВ

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук,

професор А.П.КУДРЯШ кандидат технічних наук, доцент В.В.СТАВИЦЬКИЙ

Провідна організація: Державна холдінгова

компанія "Луганськтетіловоз"

Захист відбудеться ^£і99? р. о. Л2І -ГО-

ДИНІ на засіданні спеціалізовано! ради Д 18.02.01 при Східноукраїнському державному університеті за ' адресою: 348034, м.Луганськ, кв.Молодіжний, Суд.20а, корпус 1, конференцвал музею СУДУ.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Східноукраїнського державного університету за адресою: 348034, м.Лу-ганськ, кч.Молодіжний, буд.20а.

Автореферат розі сланий р.

Вчений секретар спеціалізованої рад*

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ, АКТУАЛЬНОСТІ І СТУПЕНЯ ДОСЛІДЖЕНОСТІ ТЕМАТИКИ

Удосконалення економічних, екологічних 1 тягових характеристик силових установок рейкового транспорту нерозривно зв’язано з розвитком засобів автоматики. Особливу актуальність цей напрямок робіт набуває при експлуатації рухомого складу з порівняно швидко зміншдихся кліматичних умовах.

. Яч силові установки рухомого складу залізниць використо-виуються головним чином двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ), що працюють як на важких, так 1 на легких фракціях нафти. Це є двигуни тепловозів та інших мобільних установок залізниць.

Серед напрямку покращення показників тепловозних двигунів найбільш ефективним слід признати комплексне застосування автоматичних систем регулювання рециркуляціІ відпрацьованих газів 1 максимальної палиЕоподачІ в залежності від режимів роботи і конкретних кліматичних умов.

Рециркуляція відпрацьованих газів (ВГ) є ефективним засобом зниження викидів Шх. При експлуааціі дизелів в умовах знижених температур впровадження рециркуляції пошвидшує прогрівання двигуна, надав можливості для зниження частоти обертів вала двигуна у режимі холоссого ходу, що для тепловозних дизелів є завжди актуальним з позиції зниження се-редкьоексплуатаційної витрати палива 1 підвищення ресурса силової установки. При цьому важливо вибрати для кожного режиму тепловозного дизеля свій оптимальний спупінь рециркуляції. Логічним шляхом вирішення цієї задачі є застосування системи автоматичного регулювання оптимального ступеню рециркуляції ВГ на кожнім режимі роботи силової установки.

Необхідність обмеження циклової подчі палива при роботі тепловозних дизелів в умовах змінних тиску 1 температури навколишнього середовища викликана, неприпустимим підвищенням температури, димлінням і перепалом палива з-за зниження густості повітряного заряда у циліндрі і, як наслідок, зменшення значення коефіцієнта надміру повітря нижче граничного. В рані встановлення жорсткого обмеження максимальної паливоподачі буде мати місце зниження техніко-економічних показників дизеля з-га недовикористання потужності. При' використанні наддуву

відмічена закономірність має більш явно виражений характер 1 необхідність у гнучкому обмеженні циклової подачі палива зростає. Тому використання адаптивних до кліматичних умов коректорів максимальної подачі палива є актуальним. В цьому відношенні для двигунів , що використовують легке паливо, ефективним є розширення області економічних режимів роботи на побідненій суміші.

ЮТА І ОСНОВНІ ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ

Метою роботи е вдосконалення експлуатаційних показників двигунів тепловозів та Інших транспортних установок шляхом автоматизації систем рециркуляції ВГ Грегулювання максимальної паливоподачі в залежності від особливостей кліматичних умов експлуатаціі.

Основні задачі роботи слідуючі:

- обгрунтування необхідності регулювання паливо- і пові-

тряпостачання дизелів тепловозів та інших транспортних установок узалежності від кліматичних і висотних умов експлуатації; ■ - • .

- розробка конструктивних схем коректорів максимальної паливоподачі в залежності від умов експлуатаці! 1 типу двигуна;

- дослідження динамічних якостей коректора ■ під впливом вовнішніх еабуджень;

- виконання експериментальних досліджень коректора максимальної паливоподачі на безмоторній установці; '

- вибір закону 8м1нення оптимального ступеню рециркуляції ВГ тепловозного дизеля в залежності від режимних параметрів і кліматичних умов;

- розробка принципової схеми та елементів системи автоматичного регулювання (САР) оптимального ступеню рециркуляції ВГ тепловозного двигуна адаптивної до параметрів навколишнього середовища;

- дослідження динамічних якостей тепловозного дизеля з САР ступеню рециркуляції ВГ; '

- виконання експериментальних досліджень переходного процесу тепловозного дизеля з системою рециркуляції ВГ;

- для двигунів, іцо використовують легке паливо 1 набули

широке розповсюдження в країнах Близького Сходу, вдосконалити конструкцію пневмовакумного регулятора у системі механічного вприску бензину.

ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОЛОГІЇ. МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРЕДМЕТА І ОБ'ЄКТА

Основою даного випробування є концепція системного підходу до рішення проблеми комплексного вдосконалення показників двигунів установок рухомого складу залізничного транспорту при їх експлуатації в різних кліматичних умовах. Дослідження базуються на теорії двигунів внутрішнього згоряння і автоматичного регулювання систем ДВЗ. При виконанні роботи використані розрахункові й експериментальні методи дослідження. Розрахунки виконувались на ЕОМ. Експериментально досліджувались показники тепловозного дибеля, що оснащений системою рецирку-ляці1 ВГ 1 коректором максимальної циклової подачі палива. Достовірність і обгрунтування основних виводів дисертації підтверджується задовільною збіжністю розрахункових і експериментальних даних, використанням сучасних засобів вимірюван-

ОВГРУНТУВАННЯ ТЕОРЕТИЧНОЇ І ПРАКТИЧНОЇ ЦІННОСТІ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЙОГО НАУКОВОЇ НОВИЗНИ

Теоретична цінність. Обгрунтована необхідність регулювання паливо- і повітряпостачання дизелів тепловозов та інших транспортних установок в залежності від кліматичних і висотних умов експлуатації, вироблені загальні принципи регулювання паливо- 1 повітряпостачання,а також принципи побудови схем відповідних прістроїв автоматики тепловозних двигунів.

Практична цінність. Розроблені перспективні системи автоматичного регулювання паливо- 1 повітряпостачання ДВЗ можуть сіатй основою заходів щрдо зниження середньоексплуатаційної витрати палива тепловозами та іншими установками рейкового тгшепорту. Методика визначення параметрів САР рециркуляції ВГ 1 коректорів максимальної паливоподачі, а також результати досліджень, наведених у дисертації, можуть бути використани-

ми при розробці перспективних модифікацій тепловозних дизелів тиду 6ЧН31.8/33 та Інших силових установок рухомого складу залізниць.

Наукова новизна. Виявлено оптимальний закон змінених ступеню рециркуляції ВГ тепловозних дизелів. Розроблена принципова схема та елементи САР оптимального ступеню рециркуляції ВГ тепловозного двигуна адаптивного до параметрів навколишнього середовища. Розрахунково-експериментальним засобом одержані коефіцієнти й виведені рівняння динаміки дизеля з автоматичною системою рециркуляції. Одержані нові результати дослідження динаміки елементів САР 1 в цілому тепловозного дизеля з системою автоматичного регулювання паливо- 1 повітряпоста-чання.

РІВЕНЬ РЕАЛІЗАЦІЇ, ВПРСВАДКННЯ НАУКОВИХ РОЗРОБОК

Одержані у роботі результати досліджень використовуються на підприємствах м.Лутанська: ДХК "Луганськтопловоз", АТП "Совтраисавто", а також в навчальному процесі кафедри в дисциплін "Системи ДВЗ" при підготовці завдань для курсового і ' дипломного проектування. Створені програми для ЕОМ реалізуються у навчальному процесі СУДУ при підготовці інженерів-ме-ханіків. ' •

На основі результатів досліджень розроблені рекомендації щодо вдосконалення систем палию- і повітряпостачання двигунів тепловозів і других мобільних установок залізничного транспорту. .

ІНФОРМАЦІЯ ПРО АПРОБАЦІЮ І ПУБЛІКАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕННЯ. СТРУКТУРУ ТА ОБСЯГ ДИСЕРТАЦІЇ

Основні результати виконаної роботи докладені 1 схвалені на першому республіканському науково-технічному семінарі щодо покращення показників теплових двигунів 1 ресурсозберіганню (м.Мелітополь. 11-16 вересня 1995 р.). на V міжнародній науково-технічній конфренції, присвяченій 35 річчю кафедри "Локомо-тивобудування" СУДУ ( Крим, м.Алушта. 2-6 листопада 1995 р.), а також науково-технічних конференціях професорсько-виюіадаць-

кого складу Східноукраїнського університету (1994-1996 pp.),

%наукових семінарах 1 засіданнях кафедр ДВЗ та локомотивобуду-вання Східноукраїнського державного університету.

За результатами виконаних досліджень опубліковано шість друкованих робіт, один науково-технічний бвіт. Перелік опублікованих робіт наведений у кінці автореферату.

Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку літератури із 122 назв 1 додатку. Вміщує 145 сторінок машинописного тексту, 16 таблиць 1 80 Ілюстрацій.

ДЕКЛАРАЦІЯ КОНКРЕТНОГО ОСШКЛПГО ВНЕСКУ ДИСЕРТАНТА .

У РОЗРОБКУ НОВИХ НАУКОВИХ РЕЗУЛЬТАТІВ, ДО ВИНОСЯТЬСЯ НА ЗАХИСТ

У ході виконання роботи особисто автором одержані такі результати, що виносяться на захист:

Виявлений оптимальний закон змінення ступеню рециркуляції відпрацьованих газів тепловозних дизелів. Розроблена принципова схема й елементи системи автоматичного регулювання оптимального ступеню рециркуляції відпрацьованих газів тепловозного двигуна адаптивного до параметрів навколишнього середовища.

Виведені рівняння динаміки тепловозного дизеля з CAP рециркуляції відпрацьованих газів, розрахунково-експериментальним шляхом одержані коефіцієнти рівнянь динаміки дизеля 1 автоматичної системи рециркуляції відпрацьованих газів.

Виконано розрахунково-теоретичке дослідження динаміки елементів адаптивних CAP 1 тепловозного дизеля у цілому з розробленою CAP.

Проведені екслеріментальні дослідження коректора максимальної подачі палива на безмоторній установці.

За участю автора виконані експериментальні дослідження переходного процесу дизеля маневрового тепловоза 6ЧН31.8/33 з системою рециркуляції відпрацьованих газів.

Вдосконалена конструкція пневмовакумного регулятора для системи механічного вприску легкого палива.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ ,

У вступі показані актуальність і новизна теми, сформульовані мета і основні задачі дослідження, дана загальна характеристика роботи.

Першій розділ представляв із себе розгорнутий огляд стану проблеми у різких галузях транспортного двигунобудування в емпіричному, теоретичному і практичному аспектах.

Відмічено конкретний вклад в рішення даної проблеми таких вчених, як Л.М.Аврух, В.О.Звонов, е.Є.Косов, М.Г.Кругдов, В.І.Крутов, А.П.Кудряш, В.Д.Кузьмич, А.А.Куриц, І.В.Леонов, М.М.Дуков, О.С.ОрлІн, О.Г.Рибальченко, В.Н.Семенов, А.Е.Симеон, В.І.Смайліс, В.М.Фомін, А.З.Хоміч, Б.Я.Черняк та інші.

Виконано аналіз сучасних досліджень щодо впливу атмосферних умов на показники транспортних двигунів, систем корекції максимальної паливоподачі, технічних рішень в галузі автоматизації систем рециркуляції ВГ. Аналіз робіт рівних авторів показав, що рециркуляція ВГ дає змогу суттєво знизити викід НОх при часткових навантаженнях, тобто при найбільш ймовірних режимах роботи дизелів тепловозів. Бфектівність цього методу в значній мірі визначається ступенем досконалості конструкції системи рециркуляції і визначенням оптимальних параметрів ре-циркулиючих газів. На підставі виконаного аналізу стану робіт а теми дисертації поставлені конкретні задачі дослідження, основні з яких наведені на початку автореферату.

Другий розділ присвячений питанням розробки пристроїв автоматики для вдосконаленая процесів паливо- 1 повітряпоста-чання двигунів транспортних установок різного призначення при їх експлуатації в змінних кліматичних 1 висотних умовах.

Обгрунтоване застосування 1 принципи побудови коректорів максимальної паливоподачі дизелів. Приведені розроблені коне-труктивні схеми коректорів максимальної паливоподачі від: ' тиску, температури і густості атмосферного повітря; надмірного тиску і густості наддувочного повітря для дизелів рівного типу (двигунів 8 наддувом і без наддуву, з системами автоматичного регулювання частоти обертання колінчастого валу прямої і непрямої дії). Разроблений коректор прямої дії має перестановочна еусилля на штоку від 50 до 400 Н. Розробені

варіанти коректорів непрямої дії ”ля САР частоти обертання тепловозного дизеля дозволяють реалізовані на штоку зусилля до 2000 Н.

Розроблена принципова схема адаптивної до атмосферних умов система рециркуляції ВГ тепловозних дизелів (мал.1). В основу розробки цієї схеми був положений вироблений за наявними даними для дизеля 6ЧКЗ1,8/33 узагальнений закон регулювання найвигіднішого ступеню рециркуляції ВГ. Для врахування тиску 1 температури навколишнього середовища розроблені два варіанти датчиків атмосферних умов: датчик тиску 1 датчик густості атмосферного повітря. Виконані статичні розрахунки названих датчиків, які дозволяють вибрати основні конструктивні параметри чутливого елементу мембранного типу 1 визначити переміщення штока вимірювача в залежності від барометричного тиску 1 температури.

. Розророблена удосконалена конструкція пневмовакумного регулятора паливоподачі для систем механічного вприску легкого палива. Схема регулятора показана на мал.2. Штатна циліндрична пружина, що працює на економайзерній дільниці характеристики, замінена конічною. Виведені рівнення статики дозволили одержати закон змікення подачі палива за наван-тахною характеристикою. Застосування .конічної пружини дало можливість звузити режими г максимальною паливоподачею 1 пере-розходом палива, залишив без зміни максимальну потужність двигуна. • ■

У третьому розділі приведені розроблені математичні моделі І результати теоретичних досліджень динаміки створених пристроїв автоматики 1 в цілому тепловозного двигуна з системою автоматичного регулювання ступеню оециркуляціІ ВГ. Згідно з виробленим законом змінення оптимального ступеню рециркуляції система її регулювання 1 коректор максимальної паливо-прдачі включаються у роботу на рівних дільницях тепловозної характеристики, тому їх динаміка досліджувалась роздільно.

І При встановившихся режимах двигуна переміщення штоку коректора максимальної паливоподачі повністю описується рівняннями статичної рівноваги. Шток, корзктора одержує вбуджуючі в їливи з боку рейки паливного насосу високого тиску. Тут випріють як коливальні, так 1 аперіодичні рухи штоку коректо-

Малюнок 1. Принципова схема САР адаптивної до атмосферних умов. ..Р - реле; .Не - напруга силового джерела живлення; .і» -підсилювач постійного струму; .Як - позшії контролера; .Ис-відносні позиції контролера; ,Ді та .Аі ~ датчики; .М -електродвигун виконавчого механізму; .РЬ - реле часу; .РУ-релейний підсилювач; 1 • - заслінка, що керує кількістю

рециркулюючих ВГ; 2, 4 - кінцеві вимикачі; 3 - редуктор; б -

кулачок на осі рукоятки контролера; б, 7 - кнопки керування;

9 - електрогідроклапан; 10 - термостат-

Малюнок 2. Схема вакуумного регулятора

привод: £ " відключаючая пружина; 3,4,516 : " сопло: 8 ' кульковий клапан; 9 - седло; 10 -

сос»авна пружина зворотного зв’язку; 11 - шток- І -мембранний блок; II - мембранна котушка. ’

ра, які можуть негативно впливати на показники, дизеля 1 при встановившихся, 1 при перехідних режимах. Тому важливою задачею розробки даного коректора є забезпечення малих амплітуд 1 тривалості перехідних процесів коректора при різних збуджуючих впливах. Ця задача може бути вирішена тільки при певному, виборі конструктивних параметрів коректора, у тому числі мас елементів, що рухаються, жорсткості пружин, геометричних розмірів порожнин вимірювача, параметрів системи демпфування хода штоку,яке встановлюється в разі необхідності. З цією метою розроблена математична модель динаміки коректора максимальної паливоподачі і гроблене разрохунково-теоретичне дослідження. Вплив параметрів системи демпфування хода штоку коректора показані на мал.З. Одержані у розділі 3 результати дозволяють обгруновно вибрати основні конструктивні параметри коректора максимальної паливоподачі дизеля транспортної установки адаптивного до кліматичних умов.

Перепуск частини ВГ у випускний ресивер викликає вмінення у робочому процесі двигуна. В свою чергу пристрій для автоматичного регулювання ступеню рециркуляції ВГ пов'язаний з параметрами робочого процесу двигуна. Наявність взвємного впливу системи рециркуляції 1 дизеля передбачає необхідність про- . ведення аналізу динамічних якостей системи "дизель - регулятор частоти обертання - система рециркуляціІ ВГ"к Мета аналізу на етапі проектування - вибір основних конструктивних параметрів системи рециркуляції ВГ, забезпечиваших стійкість встановившихся режимів роботи двигуна, а на етапі доводки -оптимізація показників перехідних процесів.

Аналіз динаміки САР тепловозного дизеля 8 рециркуляцією ВГ доцільно проводити як шляхом оцінки стійкості системи з Існуючих критеріїв, так і шляхом побудови перехідних процесів елемен'.ів системи при зміні позицій контролера.

Проведення аналізу потребує математичного опису елементів системи: двигуна як об’єкта регулювання швидкості обертання колінчастого валу, регулятора частоти обертання 1 системи ре-ииркуллціі ЗГ з автоматично регулюємим ступенем рециркуляці1.

.Математична модель вміщує опис лінеаризованих дифе-рекційних рівнянь слідуючих об'єктів:

- дизеля я системою рециркуляції ВГ;

* м/с р, кпа К мм

0- 120- Ю*

-0,1- № 9-

-0,2- т 8-

-<?3- ні- V-

-0,4- ие Є-

.0,5- 115 5

-0,6- 114- Ч-

-і07 11Ь 3

-од- 112: 2

-0,9- 11Ї 1

-1,о\ 110- 0

* У

V

4 Є 9 ±Ю'?с

Малюнок 3. Вплив тертя иа перехідний процес коректора

- центровіжного регулятора частоти обертання із всережим-ною пружиною, гіравлічним сервомотором таїзодромяим зворотним зв’язком;

- системи автоматичного регулювання ступеню реціркуляції. .

Для вигоду рівнянь динаміки ДВЗ в рециркуляцією БГ крут-

ний момент двигуна .М подання залежним від трьох факторів: ціклової подачі палива в*- кутової швидкості обертання .VI/

1 ступені рециріїуляціІ ... , тобто Мг. М(@ц, Момент

опору Мл тМфМ де . М - номер позиції контролера.

Розклад в ряд Тейлора залежностей . М І Ме при зневаженні членами ряду, починаючи з другого, дає можливість одер- > жати лінеаризоване рівняння динаміки дизеля з системою рециркуляції ВГ. Методика визначення усіх частинних похідних в . рівняннях для .М і Мс достатньо добре описана у літературі, га винятком.. іММЛр , визначення якої викликав певні труднощі. З цією метою використовувать результати випробувань тепловозного дизеля Д50 8 системою рециркуляціІ ВГ при часткових режимах. Шяхои оцінки змінення величини крутного моменту дщгука при постійній подачі . палива в залеж- ;

нооті від . йр стає можливим визначити частинну похідну^М/Й^О, щр шукається. • . . '

За результатами випробувань визначалась відносна зміна трати палива тедловоаного дизеля з рівними спупенями рецирку- .. лящ і у залежності від терміну роботи у режимі при фіксованих нагрузках, до відповідні до 0, 1, 2 1 3-й позицій контролера.

Сдерхені дані дозволили оцінити вплив рециркуляції на крутиий момент дизеля. Коефіцієнт .Іф.. що враховує вплив реціркуляції ВГ па круткий момент двигуна, є змінним. На мал.4 показана його залежність від позиції контролера. В ре-вультаті одержано рівняння динаміки дизеля 18 системою рециркуляції ■ __________ .

тснкк дизеля, переміщення рейки паливного насоса високого тиску (ШВТ), тиск у впускному 1 випускному трубопроводах, переміщення органу управління рециркуляцією; ЇьКьіЬ^Хх-постійні коефіцієнти. Значення відносного навантаженая тут

- 15 -

т-ч- -і-.

Малюнок 4. Розрахований перехідний процес тепловозного дизеля Л-50 при переході з 111-І до IV-! позиції контролера з підключеною системою автоматичного регулювання ступеню рециркуляції ВГ

.П - частота обертів колінчастого валу;

.Зг - відносна ступінь рециркуляції ВГ.

репрезенується номером позиції тепловозного контролера.

З врахуванням наведених припущень одержана' сукупність рівнянь, що описують динаміку тепловозного дизеля а наддувом

1 системою автоматичного регулювання ступеню рециркуляції ВГ

Тдф + кд ф ■ » М + Кр рк + Кх X ■ Крт Рт ” КХ N ; Ш

Тррк + Рк “ К ф* Фт + Кт рт ' Кф Ф + Крх X ; (2)

Ттрт + Рт “ ♦ а: CL а? Кв ф + К Фт fr - КтХ X ; (3)

ТгФт + Фт “ Кт рт + Kji - Кр рк *. (4)

ТртГ+ ТкП + 5z В • ■ -Ф - Кп N ; (б)

Tsii + Ks Р- *= ті ; .

Тбх + Кб і. - кн м + Kt t - К£ « - ке, х ; (7)

де (1) - рівняння динаміки тепловозного дизеля з наддувом 1 автоматичном системою рециркуляції ВГ; (2,3) - рівняння динаміки впускного і випускного колекторів; (4) - рівняння динаміки турбокомпресора; (5) - рівняння динаміки вимірювача швидкості; (6) - рівняння динаміки сервомотора регулятора : швидкості ДВЗ; (7) - рівняння динаміки блока керування.

Рівнення динаміки впускного ресивера 1 випускного колек- • торів у цому разі відрізняються від відомих наявністю членів КтЛ 'де КсХ- коефіцієнт впливу ступеню рециркуляції на тиск наддуву; пс- фактор стійкості наддувочного ресивера; Ктя коефіцієнт впливу ступеню рециркуляції на тиск перед турбіною; Fx- фактор стійкості випускного колектора; Р.К,.

Рг, .Чг... - відносні тиск наддуву, тиск гаэу перед турбіною, частота обертання ротора турбокомпресора; Тр,Тт,Кф,К9,

Кт,KK,.K.fT.,.Ku)_______ - постійні коефіцієнти.

• Рівняння динаміки блока автоматичного регулювання ступеню рециркуляції одержано при слідуючих припущеннях. Електричні процеси у вимірювальному масті та підсилювачі безінерційні, напруга сигналу у вимірювальній диагонапі моста лінійно залежить від величин розбалансу опорів реохордних датчиків тиску, температури, позиції контролера 1 датчика оборотного зв'язку регулюючого органу .... що вмикається в відповідні плечі моста. Не враховуєм час запізнювання сигналів датчиків тиску.

температури або густості повітря.

Лана система рівнянь дозволяє моделювати перехідні процеси дизеля маневрового тепловоза в турбонаддувом і рециркуляцією ВГ, що оснащений регулятором непрямої дії в жорстким оборотним зв'язком. Для моделювання перехідних процесів дизелів магістральних тепловозів система повинна бути доповнена рівняннями динаміки 1гсдромного регулятора частоти обертання ДВЗ 1 регулятора потужності .На мал.5 показаний разрахований перехідний процес тепловозного дизеля Д50 с САР рециркуляцією ВГ.

У четвертому розділі наводиться опис екепериментвльних установок, методика проведення 1 результати експериментальних досліджень, зроблена оцінка ектлвноеті систем регулювання паливо- 1 повітряпостачання тепловозного дизеля при роботі у змінних кліматичних умовах.

Наведені результати безмоторних випробувань чутливого елемента (вимірювача) коректора паяивоподачі у залежності від тиску повітря навколишнього середовища. Випробування проведені для двох варіантів вимірпзача, розрахунок динаміки яких був зроблений у розділі 3 даної роботи. Проведене зіставлення розрахованих 1 експериментальних даних показало їх задовільну збіжність. Максимальний відхід експериментальних переміщень штоку коректора ( у відношенні до повного ходу у початковому диапазоні переміщень) від розрахованих не перевищує 6,5% по статичній моделі 1 14% - по дінамічяій моделі.

' Переміщення итока вимірювача реєструвалось за допомогою Індік9тор& годинникового типу та індуктивного датчика, закріплених на корпусі вимірювача. Погрішність вимірювання оцінюється не більш ніж 0.02 мм. Експериментальна установка вміщуз вакумний насос, компресор, манометри-вакуумегри для контролю тиску і розріджень у порожнинах вимірювача. Установка збиралась у двох варіантах. Основний варіант вміїдиє вакуумну камеру, в якій розташований вимірювач. Показники індикатора, пропорційні переміщенню штока вимірювача, реєструвались через прозрачну верхню кришку вакумної камери. Другий варіант експериментальної установки призначений для проведення випробувань вимірювача при різних температурах корпуса.

Експериментальне дослідження перехідних процесів дизсл*

Малюнок 5. Розрахований перехідний процес тепловозного дизеля Д-50 8 підключеною CAP рециркуляцією ВГ

6ЧН31,8/33 а системою рециркуляції ВГ проводилось 8 метою оцінки впливу рециркуляції на показники перехідних процесів дизеля, вибору момента відключення системи рециркуляції, перевірки адекватності розробленої моделі.

Методика випробувань дизеля при перехідних режимах була роэроблена у відповідності до можливостей керування режимами дизеля на випробувальному стенді 1 полягала у слідуючому. Встановлювався режим номінальне! потужності, після стабілізації параметрів двигуна, встановлювався режим холостого хода на ЗО с ( до момента стабілізаці1 частоти обертання колінчастого валу шляхом відключення генератора від навантажного пристрою і перевода контролера у положення 0). Потім включалась протяжка стрічки осцилографа, що реєструє параметри перехідного процесу. При цьому здійснювався запис початкового режиму на стрічку осцилографа. Через 1 с з початку руху стрічки контролер різко переводився на 8-му позицію 1 одночасно електромагнітний пускач з'єднував клеми генератора з навантажним пристроєм, що був настроєний на режим номінальної потужності. Після стабілізації частоти обертання осцилографування перехідного процесу препинялось. Кожний з 3-х варіантів перехідних процесів повторювався два рази. При перехідних режимах . на стрічці осцилографа реєструвались такі параметри: тиск у впускному колекторі, частота обертання двигуна, струм I напруга в електричному колі навантаження, лінії кулоьвих відзначень, відзначення часу.

Одержані експериментальні дані дозволяють стверджувати слідуюче. При розгоні до чаоткових швідкисних 1 навантажних режимів кращі показники перехідного процесу досягаються для дизеля з циркуляцією ВГ. Це явище пов’язане,головним чином, з особливостями повітряпостачання дивеля при включеній 1 виключеній системі рециркуляції, а також з тепловим станом двигуні». При перехідних процесах розгону тепловозного дизеля з рециркуляцією, останню необхідно відключити, якщо режим після ррзгону визначається 5 - 8-ю позиціями контролера 1 залишити включеною при розгоні на О - 3 позиціях. Одержано задовільний збіг розрахункових 1 експеріментальних даних: з тривалісті перехідного процесу погрішність не перевищувала 0,4 с, з закиду частоти обертання - не більш ніж 25 хв-1.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ПІДСУМКОВІ виводи

1. Виконаний аналіз сучасного стану проблем, що досліджу-

ються, 1 умов експлуатації рейкового транспорту дозволив виділити їх основні особливості, вибрати напрямки 1 засоби для вирішення поставлених у даній роботі задач. Показано, що. прогресивним є використання засобів автоматики для регулювання паливо- і повітряпостачання силових установок рухомого складу залізниць. Застосування досягнутих результатів дозволяє одержати економію палива, покращити екологічні показники магістральних і маневрових тепловозів,' підвищити ресурс 1 надійність їх силових установок. .

2. Існующа різноманітність типів двигунів, що використо-

вуються як силові установки мобільного транспорту залізниць, викликала комплексний підхід до рішення поставлених задач з двох позицій: автоматична корекція максимальної паливоподачі, як легкого, так 1 важкого палив у залежності від кліматичних умов 1 автоматичне регулювання оптимального ступеню рециркуляції відпрацьованих газів дизелів тепловозів. Виконано обгрунтування прийнятих рішень. •

3. У відношенні двигунів, що використовують легке паливо, застосування пропонованого рішеннящодо вдосконаленню конструкції пневматичного регулятора паливоподачі дозволяє досягнути економи палива за рахунок звужіння робочих режимів з пе-резбогаченою сумішшю при збереженні заданої максимальної потужності двигуна. При цьому покращується також запуск двигуна, оскільки збільшується (у середньому на 3,57.) пускова подача палива без надмірного перевбагачення суміші на економайзерних режимах роботи двигуна. Це неминуче мало б місце для штатного регулятора при спробі підвищити пускову подачу палива за рахунок змінення наклона економайзерної дільниці характеристики.

4. Теоретичні дослідження коректора максимальної подачі палива у залежності від параметрів навколишнього середовища дозволили розробити методику вибора його основних параметрів. При цьому враховуються динамічні властивості коректора 1 збурюючі впливи.

5. Розроблена математична модель тепловозного дизеля з

автоматичною системою регулювання оптимального ступеню рецир-куляці1 випрацьованих газів, а також проведені оа допомого» навваної моделі дослідження дозволили вибрати такі конструктивні параметри запропонованих пристроїв, при яких у системі автоматичного регулювання частоти обертання не виникають перехідні процеси з неприпустимими пока&никами.

6. Проведені експериментальні дослідження коректорів максимальної паливоподачі 1 перехідних процесів диаеля Д-50 а системо» рециркуляції відпрацьованих газів виявили слідуюче.

При перехідних режимах роггону під номінальним навантаженням систему рециркуляції дизеля типа 6ЧН31,8/33 необхідно відключати безпосередньо перед початком перехідного режиму на позиціях контролера вище 5-І, наявність рециркуляції відпрацьованих -гавів на початковому встановленому режимі, що попередній перехідному процесу, не бмінює динамічні якості прогрітого двигуна.Включення і виключення системи рециркуляції відпрацьованих газів не веде до порушення стійкості системи автоматичного регулювання швидкості обертання колінчастого валу. При перехідних процесах розгону до часткових швидкісних навантажувальних режиміВокращі показники перехідного процесу досяга- '■ ються для дизеля а рециркуляцією відпрацьованих гавів.

Названі явища пов'язані, головним чином, в особливостями повітряпостачання диаеля при включеній 1 виключеній системі рециркуляції, що. змінює коефіцієнт надміру повітря у циліндрі, а також 8 тепловим становищем двигуна. При перехідних процесах розгону тепловозного дизеля 8 рециркуляцією, останню необхідно відключити, якщо режим роботи після розгону визначається 5 - 8-ю позиціями контролера 1 &алишити включеною при розгоні на 0 - 3-й позиціях.

! 7. Зроблена оцінка ефективності застосування автоматичних систем регулювання паливо- 1 повітряпостачання показала, що

ІІ впровадження дає поліпшення, екологічних показників установок рейкового транспорту, зниження середньоексплуатаційної витрати палива тепловим дизелем не.менш, ні» як на 2,5Х, підвищення надійності 1 ресурса силової установки.

(

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЯ. «О ВІДОБРАЖАЮТЬ ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Аль-Авар И.С. Автоматическое регулирование номинальной мощности транспортного дизеля при работе в различных высотных условиях // Вестник Восточн. украин.гос. ун-та / Изд-во БУГУ.

Сер. - Транспорт. - 1996. - С. 24 -31.

2. Аль-Авар И.С., Тырловой С.И., Рыбальченко А.Г.

Усовершенствование регулятора для системы впрыска легкого топлива // Транспортное машиностроение: - Республ.

межзедомств. науч. -тех. сб. - К: 1995. - Вып. 25. - С.

256-254.

3. Аль-Авар И.С.,Саад А.Х..Тырловой С.И..Рыбальченко А.Г. Математическая модель неустановизшихся режимов работы тепловозного, дизеля с системой рециркуляции отработавших гааов / Восгочноукр. гос. ун-т,- Луганск: 1995.- 11 с., ил. -Рус.- Деп. в ГНТБ Украины N0 75-УК96.

4. Тырловой С.И.. Саад А.Х., Аль-Авар И.О., Сторчеус Ю.В. Экспериментальное исследование способов восстановления характеристик топливной аппаратуры диэелей при эксплуатации. / Босточноукр. гос. ун-т.- Луганск: 1996.- 10 с., ил. - Рус.-Деп. В ГНТБ Украины N0 78-УК96.

б. Аль-Авар И.С., Тырловой С.И., Рыбальченко А.Г. Оценка динамических качеств тепловозного дизеля с автоматической системой рецирісуляции отработавших газов '/ Тез. докл. первого респ. научк.-техяич. семинара по улучшению показателей тепловых двигателей и ресурсосбережению.- Мелитополь: ТГАТА, 1995. - С. Ь-6.

8. Аль-Авар И.С. Совершенствование пневмовакуумного регулятора системы впрыска бензина для улучшения экономических и экологических показателей- ЛВС // Проблемы развития локомотивостроения: Тее. докл. V международной

конференции "Проблемы развитичя локомотивостроения”, Луганск: ВУГУ, 1995 -• 0. 25-27. .

ABSTRACT

AL-AWAR I.S. Improvement of operational parameters Internal conbustlon of er>£lnes of the rolling-stock of Iron ways governors's of systems fuel- and air charging.

Dissertation on the competation of the candidate of the technical sciences for speciality 05.22.07 - rolling stock of the railways and the train traction, Eastukraintan State University, Lugansk, 1997.

Is protected 6 scientific work, containing theoretical -Substantiation, results of theoretical and experimental Researches ways perfection cf systems fuel- and air charging of power Installations of the rail transport. Analytical models adaptive to climatic condition are constructed regulater of maximum fuel-feed and with mechanical Injection of llgth fuel. Are offered The block diagram and elements of system optimum governors's degree of a exhaust gases recirculitlon lokonatlve diesel engine. Efficiency of offered development is appreciated.

АННОТАЦИЯ

-О

Аль-Авар И.О. Улучшение эксплуатационных показателей тепловых двигателей подвижного состава железных дорог регулированием систем топливо- и воздухаснабжения.

Диссертация на соискание ученей степени кандидата технических наук по специальности 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов. Восточноукраинскмй Государственный университет. Луганск. 1997.

Защищается 5 научных работ, содержащих теоретическое обоснование, результаты теоретических и экспериментальных исследований способов совершенствования систем топливо- и воздууоснабления силовых установок рельсового транспорта. Построены аналитические модели адаптивных к климатическим условиям корректоров максимальной подачи топлива дизелей и двигателей с механическим впрыском легкого топлива. Предложены структурная схема и элементы системы оптимального регулирования степени рециркуляции отработавших газов тепловозного, ди-'