Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства



Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства
Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства
Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства
Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства
Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства

 


Владельцы патента RU 2415459:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к системе автоматического регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства. Система содержит компрессор, управляющий орган непрерывного действия, регулирующий золотник, мембранный пружинный привод. Вал компрессора приводится во вращение от вала гидрообъемного двигателя. Гидрообъемный двигатель связан трубопроводами с гидрообъемным насосом, регулирующим золотником, масляным баком и фильтром масла. Гидрообъемный насос связан трубопроводом с охладителем масла. Охладитель масла связан с регулирующим золотником, с фильтром масла и масляным баком. Технический результат заключается в улучшении качества работы системы регулирования давления. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области совершенствования поршневых компрессорных установок тягового подвижного состава, на котором компрессоры приводятся от теплового двигателя.

Известна автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства с регуляторами непрерывного действия [1], в которой функции исполнительного механизма выполняет электрический привод компрессора. Эта система регулирования давления имет два существенных недостатка. Электрический привод компрессора обладает значительной массой и значительной стоимостью.

Известна автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства [2], содержащая пневматическую систему, соединенную с компрессором, приводимым от вала теплового двигателя посредством механического редуктора и гидродинамической муфты переменного наполнения, вход которой соединен с регулирующим золотником подачи масла в гидродинамическую муфту, отличающаяся тем, что в ней применен управляющий орган непрерывного действия, регулирующий золотник которого связан с мембранным пружинным одностороннего действия приводом, имеющим регулировочную гайку и соединенным трубопроводом с пневматической системой тягового транспортного средства.

В этой автоматической системе регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства функции исполнительного механизма выполняет гидродинамический привод компрессора, содержащий гидродинамическую муфту переменного наполнения. Эти известные системы регулирования давления имеют два существенных недостатка. Гидродинамический привод компрессора обладает малой монтажной «гибкостью» из-за наличия водопровода, связывающего вал компрессора с валом теплового двигателя, что затрудняет компоновку оборудования тягового транспортного средства. Гидродинамический привод компрессора обладает большой инерционностью, обусловленной инерционностью процессов наполнения и опорожнения гидродинамической муфты переменного наполнения, что отрицательно сказывается на устойчивости и качестве работы автоматической системы регулирования давления.

Задача изобретения - повышение показателей качества работы автоматической системы регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства с автоматическим регулятором давления непрерывного действия.

Указанная задача достигается тем, что предлагаемая автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства, содержащая пневматическую систему, соединенную с компрессором, управляющий орган непрерывного действия, регулирующий золотник которого связан с мембранным пружинным одностороннего действия приводом, имеющим регулировочную гайку и соединенным трубопроводом с пневматической системой тягового транспортного средства, отличается тем, что вал компрессора приводится во вращение от вала гидрообъемного двигателя, связанного трубопроводами с гидрообъемным насосом, регулирующим золотником, масляным баком и фильтром масла, причем гидрообъемный насос, вал которого приводится от вала теплового двигателя, связан трубопроводом с охладителем масла, связанным в свою очередь с регулирующим золотником, с фильтром масла и масляным баком, этим поддерживается постоянным давление сжатого воздуха в пневматической системе тягового транспортного средства. Вал гидрообъемного насоса соединен с валом теплового двигателя, а вал компрессора с валом гидрообъемного двигателя посредством зубчатых редукторов.

На дизельном тяговом подвижном составе применяются следующие приводы компрессоров: механический неотключаемый от главного теплового двигателя; электрический привод, управляемый релейно; гидродинамический с нерегулируемой муфтой, гидродинамический с регулируемой муфтой, гидрообъемный привод, управляемый релейно; привод от вспомогательного теплового двигателя (неотключаемый) [3].

Эксплуатация компрессорных установок на локомотивах значительно отличается от эксплуатации их в стационарных условиях. Из-за специфики поездной работы, конструкционных особенностей локомотивов и типов привода компрессоров это отличие характеризуется переменными скоростью вращения вала, давлением нагнетания, температурными условиями, частыми пусками и остановками или сменами рабочего и холостого хода [4].

На фиг.1 изображена функциональная схема автоматической системы регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства, на фиг.2 - статическая характеристика автоматического релейного регулятора давления, на фиг.3 - статические характеристики автоматического регулятора давления непрерывного действия: 1 - при выключении привода компрессора при ωк=0; 2 - при выключении привода компрессора при ωк=(0,13-0,17)ωк макс, на фиг.4 - принципиальная схема автоматической системы регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства, на фиг.5 - принципиальная схема автоматической системы регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства при наличии зубчатых редукторов в приводах насоса и компрессора.

Известно, что из всех применяемых способов изменения подачи сжатого воздуха Q2 и давления pк компрессоров способ изменения их путем изменения скорости вращения вала компрессора ωк является наиболее эффективным. Однако для поддержания давления воздуха pк в пневматической системе тягового транспортного средства широко применяются релейные автоматические системы регулирования давления (АСРД), в которых функции исполнительно-регулирующих устройств (ИРУ), т.е. исполнительных механизмов (ИМ) в совокупности с регулирующими органами (РО), выполняют привод компрессора и собственно компрессор (см. фиг.1). Сама пневматическая система тягового транспортного средства является объектом регулирования давления (ОРД). Автоматический регулятор давления (АРД) содержит кроме исполнительно-регулирующего устройства еще управляющий орган (УО), состоящий из измерительного устройства (ИУ), задающего (ЗУ), сравнивающего (СУ) и усилительно-преобразующего (УУ) устройств [5, с.342-368].

На объект регулирования давления действуют внешние возмущающие воздействия: расход воздуха из пневматической системы Q11), температура Tа2) и давление pa3) атмосферного (всасываемого) воздуха. Для поддержания регулируемой величины - давления pк(φ) в заданном диапазоне автоматический регулятор давления изменяет регулирующее воздействие - подачу воздуха Q2(µ) в пневматическую систему. Автоматический релейный регулятор давления имеет статическую характеристику в виде петли (см. фиг.2.), и при работе автоматической системы регулирования давления величина pк изменяется в пределах от pк1 до pк2. Повышение давления величины pк от pк1 до рк2 осуществляется при работе компрессора с максимальной скоростью вращения вала ωк макс и максимальной подачей Q2 макс. При этом наблюдается максимальная скорость износа деталей цилиндро-поршневой группы компрессора и увеличенный расход смазки. Так, уменьшение ωк с 1450 до 710 об/мин приводит к снижению скорости износа компрессионных и маслосъемных колец (из улучшенного специального фосфористого чугуна) первой и второй ступеней в 1,3-3 раза, а цилиндров в 2,5-3 раза [6]. Результаты испытаний показывают, что скорость износа деталей компрессора возрастает как с увеличением ωк, так и с увеличением pк, причем более сильное влияние на увеличение скорости износа оказывает давление pк. При увеличении pк в 1,4 раза (с 0,7 до 1,0 МПа) скорость износа шатунных шеек возрастает в 3,2 раза, тогда как при увеличении ωк в 1,4 раза (с 1170 до 1640 об/мин) - только в 1,2 раза. Наиболее интенсивно скорость износа начинает увеличиваться при pк более 0,6-0,7 МПа [7].

Изменение режимов работы компрессора оказывает существенное влияние не только на скорость износа деталей цилиндропоршневой группы, но и на расход смазки. С повышением ωк и давления нагнетания pк расход смазки увеличивается. Например, при испытаниях компрессора на номинальном скоростном режиме с серийными поршневыми кольцами увеличение pк от 0 до 0,6, 0,8 и 1,0 МПа привело к увеличению расхода смазки соответственно в 1,8, 2,7 и 3,0 раза. При уменьшении скорости вращения вала компрессора ωк с 1450 до 710 об/мин расход смазки снижался примерно в 6 раз [6]. Для уменьшения износа деталей цилиндропоршневой группы компрессора и уменьшения расхода смазки необходимо применять непрерывное регулирование давления воздуха pк наиболее эффективным способом - плавным изменением ωк, при котором уменьшается время работы компрессора при ωк макс и pк макс. Автоматические системы регулирования давления непрерывного действия содержат автоматические регуляторы давления, статические характеристики которых имеют вид, показанный на фиг.3. Анализ свойств автоматических регуляторов давления релейного и непрерывного действия показывает, что при непрерывном регулировании давления компрессор работает больше времени при пониженной ωк и пониженном pк, что способствует уменьшению скорости износа деталей цилиндропоршневой группы и уменьшению расхода смазки (стоимость которой на порядок выше стоимости дизельного топлива).

Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства с автоматическим регулятором давления непрерывного действия (см. фиг.4) содержит компрессор 1, приводимый от вала гидрообъемного двигателя 2, питаемого от гидрообъемного насоса 3, вал которого соединен с валом теплового двигателя 4. Расходом масла через двигатель 2, а значит, и частотой вращения его вала и вала компрессора 1 ωк управляет регулирующий золотник 5, положение которого зависит от давления воздуха pк в камере под мембраной 6 и силы измерительной пружины 7. Силу затяжки измерительной пружины 7 можно изменять с помощью регулировочной гайки 8. Давление в полость под мембраной 6 подводится из пневматической системы 9 тягового транспортного средства, расход воздуха из которой Q1 зависит от режимов работы пневматических устройств тягового транспортного средства. Мембрана 6, измерительная пружина 7, регулировочная гайка (гайка задания) 8, регулирующий золотник 5 и корпус 10 образуют управляющий орган автоматического регулятора давления. Гидрообъемный привод компрессора содержит также охладитель масла 11, фильтр масла 12 и масляный бак 13.

В случае необходимости иметь частоту вращения вала насоса 3, отличную от частоты вращения вала теплового двигателя 4, или иметь частоту вращения вала компрессора 1, отличную от частоты вращения вала двигателя 2, применяются зубчатые редукторы (см. фиг.5).

Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства работает следующим образом. При pк ниже рк1 (см. фиг.3 и 4) пружина 7 удерживает регулирующий золотник 5 в крайнем нижнем положении. Отверстие для подачи масла G1 на перепуск мимо двигателя 2 полностью закрыто регулирующим золотником 5. Все масло от насоса 3 подается в двигатель 2, его вал и вал компрессора 1 вращаются с максимальной частотой. Компрессор 1 имеет подачу Q2 макс, и давление pк повышается. После достижения pк значения pк1 сила давления воздуха pк на мембрану 6 управляющего органа становится больше силы измерительной пружины 7. Мембрана 6 начинает прогибаться вниз и регулирующий золотник 5 начинает открывать отверстие для подачи масла G1 на перепуск мимо двигателя 2. Это приводит к уменьшению расхода масла через двигатель 2, к уменьшению частоты вращения ωк и подачи Q2 компрессора 1. Когда подача Q2 компрессора 1 станет равной расходу Q1, наступит установившийся режим работы автоматической системы регулирования давления и pк будет постоянным. Если pк становится равным pк2 регулирующий золотник 5 обеспечивает полную подачу масла G1 на перепуск мимо двигателя 2, компрессор 1 останавливается и подача его Q2 становится равной нулю. Поскольку компрессор 1 дает заметную подачу при частоте вращения ωк>(0,13-0,17)ωк макс, то автоматическую систему регулирования давления можно настраивать так, чтобы регулирующий золотник 5 открывал подачу масла G1 на перепуск мимо двигателя 2 при достижении этой минимальной частоты вращения (см. фиг.3). Таким образом, при разных расходах воздуха из пневматической системы тягового транспортного средства автоматическая система регулирования давления всегда будет поддерживать подачу Q2 компрессора 1, равную расходу Q1 из пневматической системы при изменении давления в диапазоне от pк1 до pк2.

Технический результат - улучшение показателей качества работы автоматической системы регулирования давления сжатого воздуха в пневматической системе тягового транспортного средства и технико-экономических показателей.

Предлагаемая автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства отличается от известных систем тем, что в ней с помощью автоматического регулятора давления, содержащего регулируемый гидростатический (гидрообъемный) привод компрессора, поддерживается постоянным давление сжатого воздуха в пневматической системе тягового транспортного средства, а не подача компрессора. Это обеспечивает значительно меньший износ деталей компрессора и меньший расход масла компрессором. Гидрообъемный привод компрессора обладает большой монтажной «гибкостью», очень малой инерционностью, значительно меньшей массой и стоимостью, чем электрический привод компрессора.

Автоматический регулятор давления непрерывного действия, примененный в предлагаемой автоматической системе регулирования давления, является статическим, имеет простую схему и конструкцию, в котором функции датчика давления выполняют мембрана 6 и измерительная пружина 7 управляющего органа. Этот датчик давления преобразует изменение регулируемой величины - давления pк в изменение перемещения регулирующего золотника 5.

Технический результат достигается за счет того, что автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства содержит пневматическую систему, соединенную с компрессором, управляющий орган непрерывного действия, регулирующий золотник которого связан с мембранным пружинным одностороннего действия приводом, имеющим регулировочную гайку и соединенным трубопроводом с пневматической системой тягового транспортного средства; вал компрессора приводится от вала гидрообъемного двигателя, связанного трубопроводами с гидрообъемным насосом, регулирующим золотником, масляным баком и фильтром масла; гидрообъемный насос, вал которого приводится от вала теплового двигателя, связан трубопроводом с охладителем масла, связанным в свою очередь с регулирующим золотником, с фильтром масла и масляным баком; вал гидрообъемного насоса с валом теплового двигателя, а вал компрессора с валом гидрообъемного двигателя соединяются посредством зубчатых редукторов; этим поддерживается постоянным давление сжатого воздуха в пневматической системе тягового транспортного средства.

Источники информации

1. Патент РФ 2254249. Система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства / Н.М.Луков, О.Н.Ромашкова, А.С.Космодамианский, И.А.Алейников. - Опубл. 20.06.05, БИ №17.

2. Патент РФ 2239220. Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства/ Н.М.Луков, О.Н.Ромашкова, А.С.Космодамианский, И.А.Алейников. - Опубл. 27.10.04, БИ №30.

3. Тепловозы. Конструкция, теория и расчет/ Под ред. Н.И.Панова. - М.: Машиностроение, 1976. - 544 с.

4. Шарунин А.А. Эксплуатационные испытания локомотивных компрессоров ПК-35 и ПК-3,5. Труды ЦНИИ МПС, 1970, Вып. 413.

5. Луков Н.М., Космодамианский А.С. Автоматические системы управления локомотивов: Учебник для вузов ж.-д. транспорта. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 429 с.

6. Банников В.А., Маньшин А.П. Влияние режимов работы компрессоров на износ деталей цилиндропоршневой группы и расход смазки. - Коломна: Труды ВНИТИ, 1983, Вып. 58.

7. Цыкунов Ю.И. Результаты испытаний на износ компрессоров ПК-35 и ПК-3,5. - М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, Транспортное машиностроение, 1968, Вып. 13.

1. Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства, содержащая пневматическую систему, соединенную с компрессором, управляющий орган непрерывного действия, регулирующий золотник которого связан с мембранным пружинным одностороннего действия приводом, имеющим регулировочную гайку и соединенным трубопроводом с пневматической системой тягового транспортного средства, отличающаяся тем, что вал компрессора приводится во вращение от вала гидрообъемного двигателя, связанного трубопроводами с гидрообъемным насосом, регулирующим золотником, масляным баком и фильтром масла, причем гидрообъемный насос, вал которого приводится от вала теплового двигателя, связан трубопроводом с охладителем масла, связанным в свою очередь с регулирующим золотником, с фильтром масла и масляным баком, этим поддерживается постоянным давление сжатого воздуха в пневматической системе тягового транспортного средства.

2. Система по пункту 1, отличающаяся тем, что вал гидрообъемного насоса соединен с валом теплового двигателя, а вал компрессора - с валом гидрообъемного двигателя посредством зубчатых редукторов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, а именно к пневмоавтоматике и может быть использовано для снижения и регулирования давления газа, поступающего потребителю из магистрали высокого давления, например, для регулирования давления природного газа на выходе из газораспределительных станций.

Изобретение относится к устройствам пневмоавтоматики и предназначено для понижения давления газа и автоматического поддержания заданного давления. .

Изобретение относится к области систем газоснабжения и промышленной пневмоавтоматики, а также к устройствам газовой автоматики, обеспечивающим подачу, отсечку и регулирование давления газа.

Изобретение относится к клапанному устройству для подключения к теплофикационной сети теплообменника водозаборного устройства. .

Изобретение относится к области автоматического контроля и поддержания на стабильном уровне парциального давления (фугитивности) кислорода в замкнутом объеме. .

Изобретение относится к устройствам, регулирующим расход газов в системах газоснабжения, в частности в пусковых устройствах различных систем. .

Изобретение относится к клапанному устройству и предназначено для подключения к теплофикационной сети теплообменника водозаборного устройства. .

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано при транспортировке и потреблении природного газа. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в высокоточных дистанционно управляемых электрогидравлических приводах. .

Изобретение относится к гидростатической передаче с замкнутым гидравлическим циркуляционным контуром. .

Изобретение относится к добыче полезных ископаемых шахтным способом, а именно к гидравлическому приводу самоходных гидрофицированных крепей. .

Изобретение относится к гидропередачам и может быть использовано в машинах и механизмах, работа которых требует фиксации поворотных валов при любых значениях угла поворота.

Изобретение относится к системе автоматического регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства
Наверх