Стенд для испытания регулятора скорости

 

Использование: в двигателестроении, а именно в устройствах для испытания регуляторов скорости непрямого действия двигателей внутреннего сгорания. Сущность: стенд содержит электропривод регулятора, гидравлический сервомотор, подключенный к внутренней масляной системе регулятора через управляющий золотник, причем последний через рычажную передачу связан с выходом регулятора и поршнем гидравлического сервомотора, подключенным также к задатчику скорости двигателя, при этом в гидравлический сервомотор введен второй поршень с управляющим золотником, существующий поршень кинематически соединен со своим управляющим золотником и с золотником второго поршня, а второй поршень - со своим управляющим золотником и с задатчиком скорости двигателя. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к устройствам для испытания регуляторов скорости непрямого действия двигателей внутреннего сгорания.

Аналогом является моделирующий стенд [1] Он не учитывает влияния на работу системы регулирования характеристик двигателя и нагрузки, вследствие чего не достигается подобие условий работы регулятора на двигателе и стенде. Регулятор, хорошо работающий на стенде, может плохо работать на двигателе.

Прототипом принят стенд для испытания регулятора скорости непрямого действия с внутренней маслосистемой для двигателя внутреннего сгорания [2] Он содержит электропривод регулятора, гидравлический сервомотор, подключенный к внутренней масляной системе регулятора через управляющий золотник, причем последний через рычажную передачу связан с выходом регулятора и с поршнем гидравлического сервомотора, подключенным также к задатчику скорости двигателя. Здесь учтены такие характеристики двигателя, как момент инерции подвижных частей, самовыравнивание. Недостатком является то, что не учитывается запаздывание в передаче сигнала, вызванное циклической подачей топлива насосами, особенностями газораспределения в двигателе, конструкцией измерителя скорости регулятора, зазорами в соединениях, возникающими при изнашивании. Запаздывание оказывает существенное влияние на качество работы системы регулирования, состоящей из регулятора, двигателя и нагрузки.

Сущность: в гидравлический сервомотор известного стенда введен второй поршень с управляющим золотником, при этом существующий поршень кинематически соединен со своим управляющим золотником и с золотником второго поршня, а второй поршень- со своим управляющим золотником и с задатчиком скорости двигателя на регуляторе.

Технический результат от использования предложенного устройства- при испытаниях регулятора учитывается запаздывание, вызванное циклической подачей топлива насосами, конструкцией измерителя скорости регулятора, особенностями газораспределения, неисправностями регулятора и двигателя. Этим повышается достоверность оценки качества работы регулятора.

Возможность осуществления устройства подтверждается схемой, описанием и примером расчета стенда.

На чертеже представлена схема стенда. Вал испытываемого регулятора 1, установленного на стенде, приводится во вращение электродвигателем 2 с постоянной, близкой к наименьшей для привода, скоростью. Выход 3 регулятора через рычажную передачу соединен с золотником 4 гидравлического сервомотора 5. Рабочая жидкость высокого давления поступает в сервомотор по трубке 6 из масляной системы регулятора 1. Отработавшая в сервомоторе жидкость сливается в ванну регулятора. Поршень 7 гидравлического сервомотора через рычажную передачу, кулису 8 с камнем 9 соединен с золотником 4 и через рычажную передачу с золотником 10, управляющим движением поршня 11. Поршень 11 соединен со своим золотником 10 и с рычагом 12 на валике задания скорости двигателя. Положение камня 9 на кулисе 8 задается оператором. При изменении положения камня изменяется величина передаточного отношения от поршня 7 к золотнику 4.

При установившемся режиме работы, при работающем электродвигателе 2 выход 3 регулятора, золотники 4 и 10, поршни 7 и 11 находятся в среднем положении и неподвижны. Рабочая жидкость высокого давления из масляной системы регулятора по трубке 6 поступает в сервомотор 5, давление жидкости измеряется манометром 13.

Чтобы оценить качество работы регулятора, медленно перемещают камень 9 влево от средней точки кулисы 8. Обратная связь от поршня 7 к золотнику 4 становится положительной, устойчивость системы регулирования снижается. Когда система регулирования станет неустойчивой, начнутся незатухающие колебания выхода 3 регулятора, золотников 4 и 10 и поршней 7 и 11 стенда. По положению камня 9 на кулисе 8 перед началом колебаний судят о качестве работы испытываемого регулятора.

Расчет системы регулирования подтверждает работоспособность устройства.

Характеристическое уравнение работы двигателя и привода с учетом запаздывания в передаче сигнала записывается так ω(TIP² + (I + TF)P + F) Ky, где ω- отклонение угловой скорости вала двигателя от установившейся, Т величина запаздывания в передаче сигнала, I момент инерции подвижных частей двигателя, приведенный к валу, Р оператор уравнения, F фактор устойчивости (самовыравнивание) двигателя, К коэффициент усиления, у отклонение выхода регулятора, соединенного с топливоподающей системой двигателя, от установившегося положения.

Стенд для испытания регулятора должен быть рассчитан так, чтобы уравнение его работы и величины коэффициентов были бы такими же, как и у двигателя.

Положение х₄ золотника 4 зависит от положения х₃ выхода 3 регулятора и положения х₇ поршня 7 сервомотора х₄ С₁х₃ + С₂х₇.

Скорость поршня 7 зависит от положения х₄ золотника 4 C₃x₄
Положение х₁₀ золотника 10 зависит от положений х₇ поршня 7 и х₁₁ поршня 11
х₁₀ С₄х₇ + С₅х₁₁.

Скорость поршня 11 зависит от положения х₁₀ золотника 10
C₆x₁₀
Между положением х₁₁ поршня 11 и рычага 12 и отклонением ω скорости вала двигателя существует зависимость
ω= С₇х₁₁.

Совместное решение уравнений стенда приводит к характеристическому уравнению работы стенда
ω(Р² + (С₅С₆ + С₂С₃)Р + С₂С₃С₅С₆)С₁С₃С₄С₆С₇х₃. Сравним его с уравнением двигателя и обнаружим, что
C₅C₆= C₂C₃= C₁C₃C₄C₆C₇=
Найдем коэффициенты уравнений стенда, предназначенного для испытания регулятора 2Д100 дизеля тепловоза ТЭЗ. Коэффициенты уравнения работы двигателя примем следующими: T 0,08 c, I 430 кг ·м², К 1260 Н· м· мм^-1. Коэффициент С₇ 2,8 мм^-1 с^-1 зависит от характеристик измерителя скорости регулятора. Коэффициенты С₁ 0,2, С₄ 0,5, С₅ 0,5 выбирают при проектировании. Остальные коэффициенты вычисляют:
C₆= 25 c^-1; C₃= 5,233 c^-1 и при изготовлении обеспечивают размерами сервомотора. Коэффициент С₂ передаточное отношение от поршня 7 к золотнику 4 переменный, зависит от положения камня 9 на кулисе 8. Этим коэффициентом задают самовыравнивание двигателя
C₂=
Качество работы регулятора оценивается величиной а запаса устойчивости отношением самовыравнивания при работе на границе устойчивости к коэффициенту усиления
a для двигателя; a для стенда
Если известны коэффициенты b₁ 117 c^-1, b₂ 20 мм, b₃ 75 мм·с^-1 характеристического уравнения изодромного регулятора 2Д100
y(P² + b₁P) ω(b₂P + b₃), можно найти критическое самовыравнивание F_к двигателя и величину а запаса устойчивости. Для этого запишем характеристическое уравнение системы, состоящей из регулятора и двигателя
TIP⁴ + (TIb₁ + I + TF)P³ + (Ib₁ + TFb₁ + F)P² + +(Kb₂ + Fb₁)P + Kb₃ 0. Подставим известные коэффициенты, оператор Р заменим мнимым корнем βi, решим уравнение и найдем критическое значение самовыравнивания F_к -141,8 Н·м·с и частоту незатухающих колебаний при этом β= 1,392 с^-1. Найденное самовыравнивание соответствует запасу устойчивости а 0,1125 мм с. Чем выше величина а, тем лучше качество работы регулятора. Изнашивание деталей, особенно связанных с изодромной обратной связью, приводит к уменьшению запаса устойчивости. В результате ремонта и, особенно, удачной модернизации он может быть увеличен.

Подставив в уравнение системы регулирования известные коэффициенты, приняв самовыравнивание F 0 и заменив оператор Р мнимым корнем βi, найдем критическое запаздывание Т_к 0,2570 с и частоту незатухающих колебаний при таком запаздывании β= 1,373 с^-1. Даже такое небольшое запаздывание делает систему регулирования неустойчивой, поэтому учет запаздывания в стенде обязателен.

Стенд предназначен для оценки качества работы регуляторов на заводах-изготовителях и ремонтных предприятиях.

Формула изобретения

СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ РЕГУЛЯТОРА СКОРОСТИ непрямого действия с внутренней масляной системой для двигателя внутреннего сгорания, содержащий электропривод регулятора, гидравлический сервомотор, подключенный к внутренней масляной системе регулятора через управляющий золотник, причем последний через рычажную передачу связан с выходом регулятора и поршнем гидравлического сервомотора, подключенным также к задатчику скорости двигателя, отличающийся тем, что в гидравлический сервомотор введен второй поршень с управляющим золотником, при этом существующий поршень кинематически соединен со своим управляющим золотником и с золотником второго поршня, а второй поршень со своим управляющим золотником и с задатчиком скорости двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1