2548

ческое значение нижнего предела УСКВ будет определяться скоростью поворота рычага на данном участке его движения и соответственно номером ступени. Как только сила пружины станет больше силы грузиков и сил трения начнется ускоренное перемещение рейки в сторону включения подачи топлива с ускорением, зависящим от разности указанных сил и массы деталей регулятора (определяется из уравнения регулятора). Пока подача топлива не включится, УСКВ поC прежнему будет снижаться. С момента ее включения ДВС начнет формировать крутящий момент и соответственно угловое ускорение и увеличивать УСКВ в соответствии с уравнением динамики дизеля. Положение рейки ТНВД на этом участке в любой момент времени будет зависеть от соотношения характеристик ДВС (Мi, ММП) и может быть определено путем решения системы дифференциальных уравнеC ний собственно дизеля и регулятора частоты вращения, при предварительно заданном, например линейном законе поворота рычага РЧВ . В результате этого поворота и увеличения УСКВ в некоторой точке силы пружины и грузиков РЧВ сравняются и рейка остановится в некотором положении, определяющем крутящий момент ДВС и угловое ускорение разгона. Их величина определяет нагрузочный режим обкатки на данной ступени и должна выдерживаться на всем протяжении такта разгона. Это возможно путем создания динамичесC кого равновесия между силами регулятора при заданном положении рейки путем поворота рычага по определенному закону

Требуемый закон перемещения рычага РЧВ от времени, может быть реализован, либо соответствующим параболическим профилем кулачка ИМ (при постоянной частоте вращения вала моторCредуктора ИМ), либо оперативной коррекцией напряжения питания моторCреC дуктора при линейном профиле кулачка ИМ. Второй вариант наиболее предпочтителен для микропроцессорной системы управления, т.к. позволяет использовать кулачок одного линейного профиля, а требуC емые закономерности угловой скорости обеспечивать системой ее автоматического регулирования с отрицательной обратной связью по угловому ускорению разгона. Это существенно упрощает конструкцию ИМ, делая его универсальным, снижает трудоемкость процесса обкатC ки и обеспечивает стабильность реализуемых нагрузочноCскоростных режимов.

По результатам исследований также была проведена сравнительная оценка энергетической эффективности рассматриваемых алгоритмов обкатки [90]. Для этого были построены зависимости работы, затраC чиваемой на преодоление механических потерь на тактах разгона и совершение приработочных процессов от номера ступени обкатки с ДН

151

(рис. 4.12), при этом работа на каждой ступени определялась по формуле [92]

базового и усовершенствованного способа обкатки, (определяется по выражению 2.9), Н м; ср – средняя в пределах ступени угловая скоC

рость 10C6 Дж коленчатого вала, сC1; tр – время такта разгона на данной ступени, с; n – количество ЦДН за ступень.

Рис. 4.12. Зависимость средней работы, затрачиваемой на совершение приработки, от номера ступени

Анализ зависимостей показывает, что на последних ступенях обкатки с использованием усовершенствованного ЦДН, вследствие увеличения времени действия динамической нагрузки и среднего значения УСКВ работа возрастает в среднем на 57%.

4.8. Датчик контроля положения органа управления топливоподачей

При бестормозной обкатке двигателей внутреннего сгорания динаC мическое нагружение обеспечивается путем воздействия на орган упC равления топливоподачей по определенной закономерности, поэтому в микропроцессорных системах управления силовым агрегатом необC ходимо контролировать положение исполнительного механизма для

152

перемещения рейки топливного насоса высокого давления или рычага регулятора частоты вращения. Датчик многопозиционного контроля положения [11, 13, 70] предназначен для получения цифровой информации о положении или направлении и величине перемещения контролируемого объекта путем преобразования модулей комплексных сопротивлений или взаимной индуктивности параметрических первичных преобразователей положения в активный сигнал. Он отличается высокой надежностью при низкой себестоимости и может быть применен во многих отраслях промышленности.

На рис. 4.13 приведена структурная схема одного из вариантов разработанных многопозиционных датчиков положения, где 1 – перC вичный параметрический преобразователь (ППП), 2 – вторичный преC образователь (ВП).

Многопозиционный датчик работает следующим образом. При подаче с выхода источника E гармонического или импульсного сигнала в положительный полупериод ток протекает по цепям: первая – первый

153

зажим источника E, индуктивность L1 (cм. рис. 4.13), диод VD2, параллельно соединённые резистор R3 и конденсатор C1, второй зажим источника E; вторая – первый зажим источника E, индукC тивность L2, диод VD4, параллельно соединенные резистор R5 и конC денсатор C3, второй зажим источника E; третья – первый зажим источника E, образцовая ветвь, составленная из последовательно соединенных R1 и R2, второй зажим источника E; четвёртая – первый зажим источника E, первый образцовый двухполюсник R1, диод VD3, параллельно соединенные резистор R4 и конденсатор C2, второй зажим источника E. В отрицательный полупериод ток протекает по трём параллельным цепям: первой – второй зажим источника E, диод VD1, индуктивность L1, первый зажим источника E; второй – второй зажим источника E, диод VD5, индуктивность L2, первый зажим источника E; третья – второй зажим источника E, образцовая ветвь, первый зажим источника E.

На резисторах R3, R5, R4 соответственно формируются напряC жения V1, V2, V3 относительно общей шины. Значения первых двух напряжений (V1, V2) зависит от положения индуктора U относительно первичных преобразователей положения L1 и L2. Величина напряC жения V3 зависит от соотношения элементов, составляющих образC цовую ветвь, и не зависит от положения индуктора U в случае, когда источник E является источником напряжения, и несколько зависит от положения индуктора U в случае, когда источник E является источC ником тока. Постоянные напряжения V1 и V2 поступают на первые входы соответственно первого DA1 и второго DA2 компараторов, на вторые входы которых подаётся опорный сигнал V3. В исходном состоянии, как это показано, например, на рис. 4.14, 4.15, а, 4.15, в, комплексное сопротивление первичного преобразователя L1 положеC ния примерно равно комплексному сопротивлению первичного преC образователя L2 положения, так как один магнитопроводящий участок индуктора U находится напротив первичного преобразователя L1, а другой магнитопроводящий участок – напротив первичного преобраC зователя L2. Это приводит к тому, что V1 = V2. Учитывая, что третий делитель выбран так, что в данном положении V1 < V3 и V2 < V3, на информационных выходах X1 и X2 вторичного преобразователя в момент времени t0 (рис. 4.16), формируются сигналы, соответствующие логической единице 1.

154

При перемещении индуктора U (см. рис. 4.15, a) вправо индуктор занимает положение, указанное на рис.4.15, б. При этом в момент времени t1 + t, где t – небольшое приращение времени (см. рис. 4.16), комплексное сопротивление первичного преобразователя L2 уменьшаC ется, вследствие чего V2 > V3, тогда как комплексное сопротивление первичного преобразователя L1 не изменится. В результате этого V1 и V3 не изменятся (в случае, когда источник E является источником напряжения) или несколько увеличиваются (в случае, когда источник E является источником тока), но при этом V1 < V3, что приводит к формированию на информационных выходах X1 и X2 вторичного преобразователя сигналов 1 и 0 соответственно. При дальнейшем перемещении индуктора U вправо индуктор занимает положение, соответствующее рис. 4.15, в. При этом в момент времени t2 + t (см. рис. 4.16) комплексное сопротивление первичного преобразователя L1 уменьшается, вследствие чего V1 > V3, тогда как комплексное сопротивление первичного преобразователя L2 не изменится. В результате этого напряжения V2 и V3 не изменятся (если источник E является источником напряжения) или несколько уменьшатся (если источник E является источником тока), но при этом V2 > V3, что приводит к формированию на информационных выходах X1 и X2 вторичного преобразователя сигналов 0 и 0 соответственно. При дальнейшем перемещении индуктора U на рис. 4.15, в вправо индуктор занимает положение, показанное на рис. 4.15, г. При этом в момент времени t3 + t (см. рис. 4.16) комплексное сопротивление первичного преобразователя L2 дополнительно увеличивается, вследствие чего V2 < V3, а комплексное сопротивление первичного преобразователя L1 остается без изменений. В результате этого напряжения V1 и V3 несколько увеличиваются (если источник E является источником тока) или не изменяются (если источник E является источником напряжения), но неравенство V1 > V3 сохраняется, что приводит к формированию на информационных выходах X1 и X2 вторичного преобразователя сигналов 0 и 1 соответственно. Для определения направления перемещения необходимо, чтобы расстояние a (см. рис. 4.14) между первым L1 и вторым L2 чувствительными элементами удовлетворяло одному из следующих условий:

если b c, то mod(a, (b + c)) > b или mod(a, (b + c)) < c, где mod(a, (b + c)) – остаток от деления a на (b + c);

если b c, то mod(a, (b + c)) > c или mod(a, (b + c)) < b.

При перемещении индуктора U влево (см. последовательно рис. 4.15, а, рис. 4.15, г, рис. 4.15, в, рис. 4.15, б, рис. 4.15, а, рис. 4.15, г) и возC вратного движения вправо (рис. 4.15, а, рис. 4.15, б, рис. 4.15, в,

156

рис. 4.15, г, рис. 4.15, а, рис. 4.15, б ) можно определить, как это поC казано на рис. 4.17, что между моментами времени t2 и t3 произошло изменение направления движения индуктора U, связанного с объектом контроля.

а

t, c

б

Рис. 4.17. Выходные сигналы при перемещении индуктора вправо, а затем влево

При перемещении индуктора U влево переход с 1 на 0 (рис. 4.17, t1) на информационном выходе X2 вторичного преобразователя происходит тогда, когда на информационном выходе X1 вторичного преобразоC вателя присутствует сигнал 0. Аналогично переход при данном услоC вии с 1 на 0 (рис. 4.17, t2+ t) на информационном выходе X1 вторичC ного преобразователя происходит тогда, когда на информационном выходе X2 вторичного преобразователя присутствует сигнал 1. При изменении направления движения индуктора U происходит изменение указанного соответствия. Так, переход с 1 на 0 (рис. 4.17, t3 + t) на информационном выходе X1 вторичного преобразователя происходит тогда, когда на информационном выходе X2 вторичного преобразователя присутствует сигнал 0. Аналогично переход с 1 на 0 (рис. 4.17, t4 + t) на информационном выходе X2 вторичного преобразователя происходит тогда, когда на информационном выходе X1 вторичного преобразователя присутствует сигнал 1.

Предлагаемый датчик многопозиционного контроля положения обеспечивает контроль величин и направление перемещения рейки или рычага регулятора частоты вращения топливного насоса высокого давления, что позволяет точно задавать величину нагрузки в пределах цикла динамического нагружения.

157

5. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ БЕСТОРМОЗНОЙ ОБКАТКИ ДИЗЕЛЕЙ

5.1.Конструкция стенда для обкатки дизеля Д-160

вбестормозных неустановившихся режимах после капитального ремонта

Необходимую мощность электродвигателя стенда для проведения холодной обкатки можно определить из известного выражения

где Рдв – мощность электродвигателя, Вт; Мп – момент прокрутки

двигателя, Нм; – угловая скорость коленчатого вала на последней ступени холодной обкатки, с–1.

Момент прокрутки Мп при частоте вращения n = 700 мин–1 опреC

делен экспериментально путем снятия показаний с весового механизма стенда КИC5541М при холодной обкатке 20Cти дизелей ДC160. МаксиC мальное значение Мп = 340 Нм. Следовательно,

Рдв = 340 73,3 = 24922 24,9 кВт.

По справочнику выбираем электродвигатель 4А180М2У3 с параC метрами: Рн = 30 кВт; nс = 3000 мин–1; cos = 0,9; m = 200 кг.

Исходя из режимов холодной обкатки дизеля определяются необC ходимые передаточные отношения коробки передач для всех ступеней обкатки по формуле

где i – передаточное отношение; n – частота вращения коленчатого вала дизеля на соответствующей ступени холодной обкатки, мин–1.

Для первой ступени обкатки

Наиболее подходящей является КП автомобиля ЗИЛC130C76, имеC ющая следующие передаточные числа на первой и второй передачах:

158

nI = 7,44; nII = 4,10. Фактические значения частот вращения коленчаC того вала дизеля при номинальной частоте вращения электродвигателя составят: n1 = 403,2 мин–1; n1 = 731,7 мин–1.

Для проведения обкатки дизеля ДC160 после капитального ремонта в бестормозных неустановившихся режимах предлагается функциоC нальная схема стенда [69], приведенная на рис. 5.1. В состав стенда вхоC дят обкатываемый дизель, соединенный с вторичным валом стациоC нарной КП, установленной на общей с двигателем станине. На этой же станине установлен асинхронный электродвигатель мощностью 40 кВт, соединенный с первичным валом КП через управляемую фрикционC ную муфту сцепления. Электродвигатель снабжен соответствующей пускозащитной аппаратурой и получает питание через ваттметр. В состав стенда входят также блок управления (БУ) и ИМ.

БУ предназначен для управления процессом нагружения двигателя при бестормозной обкатке в автоматическом режиме путем соотC ветствующего воздействия на ИМ. БУ содержит: серийный прибор ИМДCЦМ, первый и второй компараторы, логический блок и блок питания. С помощью разъема и кабеля, заключенного в металлорукав, БУ соединяется с ИМ, предназначенным для перемещения рейки ТНВД по определенной закономерности.

Он представляет собой силовой электромагнит МИСC3100, закрепC ленный при помощи кронштейна на крышке бокового люка ТНВД, в которой изготовлена прорезь для перемещения пластины, соединенной с якорем электромагнита и предназначенной для воздействия на поводок рейки ТНВД. Величина хода якоря электромагнита ограниC чивается регулируемым упором.

Конструкция стенда позволяет проводить холодную обкатку, а также обкатку на холостом ходу и горячую обкатку под нагрузкой.

Холодную обкатку и обкатку на холостом ходу осуществляют на режимах, рекомендованных нормативноCтехнической документацией для обкатки традиционным тормозным способом.

Для реализации горячей обкатки под нагрузкой необходимо устаC новить индуктивный датчик прибора ИМДCЦМ в кожухе маховика зубчатого венца и настроить БУ согласно прилагаемой инструкции. Рычаг управления регулятором частоты вращения необходимо установить в положение, соответствующее полной подаче топлива (максимальных оборотов холостого хода maxхх ). Регулирующий упор ИМ должен занимать крайнее левое положение.

159