Стенд для испытания регулятора скорости

 

Использование: устройство для испытания регуляторов скорости непрямого действия двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: устройство имеет 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. В рычажную передачу от поршня к золотнику гидравлического сервомотора введено устройство для изменения передаточного отношения, выполненное в виде кулисы, камень который перемещается при помощи винта и храпового колеса, приводимого от поршня гидравлического сервомотора 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 [Л-1] Этот стенд не учитывает влияния на работу системы регулирования характеристик двигателя и нагрузки, вследствие чего не достигается подобия условий работы регулятора на двигателе и стенде. Регулятор, хорошо работавший на стенде, может плохо работать на двигателе.

Прототипом принят стенд по авторскому свидетельству N 781379 [Л-2] Этот стенд для испытания регулятора скорости непрямого действия с внутренней маслосистемой 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 с поршнем гидравлического сервомотора, подключенным также к задатчику скорости двигателя. Характеристики двигателя и нагрузки у этого стенда учтены. Недостатком является то, что стенд не дает количественной оценки качества работы регулятора.

Сущность предложения в известный стенд, в рычажную передачу от поршня к золотнику гидравлического сервомотора введено устройство для изменения передаточного отношения, выполненное в виде кулисы, камень которой перемещается при помощи винта и храпового колеса, приводимого от поршня гидравлического сервомотора.

Технический результат от использования предложенного устройства - испытываемому на стенде регулятору дается количественная оценка качества его работы.

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. Отработавшее в сервомоторе масло сливается в ванну регулятора. Поршень 7 гидравлического сервомотора через рычажную передачу и рычаг 8 соединен с валиком задания скорости двигателя. Поршень 7 соединен также через кулису 9, рычаги и тяги с золотником 4, образуя, таким образом, обратную связь от поршня 7 к золотнику 4, которая может изменяться по величине и знаку в зависимости от положения камня 10 в кулисе. Стенд оборудован рычажным устройством 11 для имитации изменения заданной скорости и устройством 12 для имитации изменения нагрузки. Испытания с изменением заданной скорости и нагрузки предусмотрены стандартом. Задающие рычаги устройств 11 и 12 прижаты к верхним упорам усилием всережимной пружины регулятора и давлением жидкости на золотник 4. В стенд введено устройство 13, изменяющее передаточное отношение от поршня 7 к золотнику 4 в процессе испытания регулятора. В устройство входят винт 14, гайка 15, храповое колесо 16. Храповое колесо приводится во вращение собачкой 17, установленной на поршень 7. При приближении поршня 7 к крайнему верхнему положению собачка 17 поворачивает храповое колесо на некоторый угол. Это вызывает перемещение гайки 15 и кулисного камня 10 вправо. Тяга 18 рычажной передачи от поршня 7 к золотнику 4 кинематически соединена с камнем 10 кулисы, гайкой 15 устройства 13 и является также указателем качества работы регулятора на шкале 19.

При установившемся режиме работы, при работающем электродвигателе 2 выход 3 регулятора, золотник 4, поршень 7 находятся в среднем положении и неподвижны. Рабочая жидкость высокого давления из масляной системы регулятора по трубе 6 поступает в сервомотор 5, давление жидкости измеряется манометром 20.

Чтобы оценить качество работы регулятора, перемещают гайку 15 в левое положение. Обратная связь от поршня 7 к золотнику 4 становится положительной, а система регулирования неустойчивой. Выход 3 регулятора, золотник 4, поршень 7 переходят в режим автоколебаний, причем поршень 7 движется в пределах от нижнего крайнего до крайнего верхнего положения и обратно. Когда поршень 7 находится в нижнем положении, золотник 4 через кулису 9, камень 10, тягу 18 переводится вверх. Полость под поршнем 7 через золотник 4 сообщается с атмосферой, поршень 7 остается внизу. Через рычажную передачу рычаг 8 сжимает всережимную пружину регулятора. Вследствие этого выход 3 регулятора 1 смещается вверх и через рычажную передачу смещает золотник 4 в положение несколько ниже среднего. Полость под поршнем 7 соединяется с высоким давлением. Поршень 7 начинает двигаться вверх, при этом смещает через кулису 9 и тягу 18 золотник 4 вниз. Скорость поршня 7 увеличивается, и он достигает верхнего положения. При этом на некоторый угол поворачивается храповое колесо 16, а гайка 15 и камень 10 смещаются вправо. Передаточное отношение от поршня 7 к золотнику 4 уменьшается. Рычагом 8 уменьшается затяжка всережимной пружины, выход 3 опускается, золотник 4 смещается вверх. Поршень 7 опускается. Процесс повторяется до тех пор, пока передаточное отношение от поршня 7 к золотнику 4 уменьшится настолько, что колебания прекратятся. Выход 3 регулятора, золотник 4, поршень 7 остановятся в среднем положении. Движения рычагов, гайки 15, камня 10 прекратятся. Тяга 18 укажет на шкале 19 количественную величину работы регулятора.

Расчет системы регулирования подтверждает работоспособность устройства.

Уравнение работы двигателя и привода записывают так где J момент инерции подвижных частей двигателя и жестко присоединенного привода, приведенный к коленчатому валу, F самовыравнивание (фактор устойчивости), y отклонение выхода 3 регулятора, соединенного с топливоподающим устройством двигателя, от установившегося на заданном режиме, a коэффициент, связывающий вращающий момент двигателя и положение выхода регулятора.

Характеристическое уравнение работы двигателя ω(p+a₁) = a₂y,, где a₁ F/J a₂ a/J коэффициенты уравнения. Коэффициент a₂ зависит от полной мощности P₀ двигателя, его полной скорости ω_o, механического КПД η_ш, рабочего хода выхода регулятора штока сервомотора y₀, момента инерции подвижных частей дизель-генератора J Стенд для испытания регулятора должен быть рассчитан так, чтобы уравнения работы и величины коэффициентов были бы такими же, как и у двигателя.

Положение X₄ золотника 4 зависит от положения X₃ выхода 3 регулятора и положения X₇ поршня 7 сервомотора
X₄ -C₁X₃ C₂X₇.

Скорость dX₇/dt поршня 7 зависит от положения X₄ золотника 4
dX₇/dt -C₃X₄.

Положение X₈ рычага 8 зависит от положения X₇ поршня 7
X₈ C₄X₇.

Между положением X₈ рычага 8 и отклонением скорости вала ω двигателя существует зависимость
w = C₅x₈.
Совместное решение уравнений стенда приводит к характеристическому уравнению
ω(p-C₂C₃) = C₁C₃C₄C₅y.
Сравним его с уравнением двигателя и обнаружим, что
C₂C₃ -a₁ -F/J;
C₁C₃C₄C₅ a₂.

Найдем коэффициент уравнения стенда, предназначенного для испытания регуляторов 2Д100 дизеля тепловоза ТЭ3.

При P₀ 1471000 Вт, ω_o 89,01 рад/с, η_ш 0,82, y₀ 16 мм, J 430 кг·м² коэффициент a₂ 2,93 мм^-1c^-1. Передаточные отношения C₁ 0,3 и C₄ 0,7 выбирают при проектировании. Коэффициент C₅ зависит от характеристик измерения скорости регулятора, длины рычага 8. При длине рычага 47 мм C₅ 2,8 мм^-1c^-1. Коэффициент может быть измерен при работающем двигателе: задают разные положения рычага 8 и измеряют скорости двигателя. Коэффициент C₃ вычисляют по известным a₂; C₁; C₄; C₅
C₃ a₂/C₁C₄C₅ 5 c^-1,
и обеспечивают размерами сервомотора. Коэффициент C₂ передаточное отношение от поршня 7 к золотнику 4-переменный, зависит от качества работы регулятора и определяется при испытании. По этому коэффициенту находят самовыравнивание дизель-генератора, работающего на границе устойчивости и относительное смещение штока сервомотора выхода регулятора
F -C₂C₃J;
k C₂/C₁C₄C₅
Величиной относительного смещения штока сервомотора, измеренного при работе на границе устойчивости, оценивается качество работы регулятора. Шкала 19 разбивается в единицах относительного смещения.

Характеристическое уравнение изодромного регулятора записывается так y(p²+b₁p) = -ω(b₂p+b₃).
Коэффициент уравнения исправного регулятора 2Д100 b₁ 117 c^-1, b₂ 20 мм, b₃ 75 мм·c^-1.

Характеристическое уравнение регулятора и стенда
P³ + P²(b₁ C₁C₃) + P(C₁C₃C₄C₅b₂ C₂C₃b₁) + C₁C₃C₄C₅b₃
0 Подставим известные коэффициенты, оператор P заменим мнимым корнем βi, найдем критическое значение передаточного отношения C₂ 0,09409 и частоту колебаний при этом β 1,3734 рад/с. Фактор устойчивости F -208,45 H·м·с, критическое смещение выхода K 0,1664 мм·с.

Чем больше величина K, тем выше качество работы регулятора. Изнашивание деталей регулятора, особенно связанных с изодромной обратной связью, приводит к уменьшению критического смещения выхода K. В результате ремонта и модернизации он может быть увеличен. При K ≅ 0 регулятор неисправен и подлежит ремонту.

Испытания с измерением заданной скорости и нагрузки, а также обкатка проводятся, когда гайки 15 и камень 10 находятся в среднем положении и неподвижности, собачка 17 отключена, передаточное отношение C₂ 0.

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

Формула изобретения

1. 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 рычажную передачу от поршня к золотнику гидравлического сервомотора введено устройство для изменения передаточного отношения.

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что устройство для изменения передаточного отношения выполнено в виде кулисы, камень которой перемещается при помощи винта и храпового колеса, приводимого от поршня гидравлического сервомотора.

РИСУНКИ

Рисунок 1