Автоматическая микропроцессорная система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства



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

 


Владельцы патента RU 2416814:

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, микропроцессорный управляющий орган непрерывного действия, датчик давления, датчик скорости вращения вала компрессора, цифроаналоговый преобразователь с усилителем, тяговый электромагнит, измерительную пружину, регулирующий золотник. 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, 4 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 [1], в которой функции исполнительного механизма выполняет электрический привод компрессора. Эта система регулирования давления имеет 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 валопровода, 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 качества работы и технико-экономических показателей автоматической системы регулирования давления сжатого воздуха в пневматической системе тягового транспортного средства показателей с автоматическим регулятором непрерывного действия.

Указанная задача достигается тем, что автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства, содержащая пневматическую систему, соединенную с компрессором, микропроцессорный управляющий орган непрерывного действия, к входам которого подключены посредством аналого-цифровых преобразователей датчик давления, соединенный трубопроводом с пневматической системой тягового транспортного средства, и датчик скорости вращения вала компрессора, соединенный с валом компрессора, а выход микропроцессорного управляющего органа связан через цифроаналоговый преобразователь с усилителем, подключенным к обмотке тягового электромагнита, непосредственно соединенного с измерительной пружиной и регулирующим золотником, 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. При этом вал компрессора соединен с валом гидрообъемного двигателя посредством зубчатых редукторов.

На дизельном тяговом подвижном составе применяются следующие приводы компрессоров: механический не отключаемый от главного теплового двигателя, электрический привод, управляемый релейно; гидродинамический с нерегулируемой муфтой, гидродинамический с регулируемой муфтой, гидрообъемный (гидростатический) 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, фиг.2 - статическая характеристика автоматического релейного регулятора давления, 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, фиг.4 - принципиальная схема автоматической системы регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства.

Известно, что из всех применяемых способов изменения подачи Q2 и давления рк компрессоров способ изменения их путем изменения скорости вращения вала компрессора ωк является наиболее эффективным. Однако для поддержания давления воздуха рк 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].

На объект регулирования давления действуют внешние возмущающие воздействия: расход воздуха из пневматической системы Q11), температура Ta2) и давление ра3) атмосферного (всасываемого) воздуха. Для поддержания регулируемой величины - давления рк(φ) в заданном диапазоне автоматический регулятор давления изменяет регулирующее воздействие - подачу воздуха Q2(µ) в пневматической системе. Автоматический релейный регулятор давления имеет статическую характеристику в виде петли (см. фиг.2), и при работе автоматической системы регулирования давления величина рк изменяется в пределах от рк1 до рк2. Повышение давления величина рк от рк1 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 рк, причем более сильное влияние на увеличение скорости износа оказывает давление рк. При увеличении 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 рк более 0,6-0,7 МПа [7].

Изменение режимов работы компрессора оказывает существенное влияние не только на скорость износа деталей цилиндро-поршневой группы, но и на расход смазки. С повышением ωк и давления нагнетания рк расход смазки увеличивается. Например, при испытаниях компрессора на номинальном скоростном режиме с серийными поршневыми кольцами увеличение рк 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 ωк с 1450 до 710 об/мин расход смазки снижался примерно в 6 раз [Банников В.А., Маньшин А.П. Влияние режимов работы компрессоров на износ деталей цилиндро-поршневой группы и расход смазки. - Коломна, Труды ВНИТИ, 1983, Вып.58]. Для уменьшения износа деталей цилиндро-поршневой группы компрессора и уменьшения расхода смазки необходимо применять непрерывное регулирование рк наиболее эффективным способом - плавным изменением ωк; при котором уменьшается время работы компрессора при ωк макс и рк 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 рк, что способствует уменьшению скорости износа деталей цилиндро-поршневой группы и уменьшению расхода смазки (стоимость которой на порядок выше стоимости дизельного топлива).

Автоматическая микропроцессорная 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.

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

Расход воздуха из пневматической системы 6 тягового транспортного средства Q1 зависит от режимов работы пневматических устройств тягового транспортного средства. Для повышения качества работы автоматической системы регулирования давления можно применить более сложный закон работы автоматического регулятора давления, чем пропорциональный, например пропорционально-интегрально-дифференциальный - ПИД или комбинированного регулирования. Это можно реализовать в автоматической системе регулирования давления с микропроцессорным автоматическим регулятором давления. В этом регуляторе датчик давления 7 имеет выходной аналоговый сигнал, подаваемый на вход первого аналого-цифрового преобразователя (АЦП1) 8 и далее в бортовой микропроцессорный контроллер (МПК) 9, выходной цифровой сигнал которого выводится на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 10. Выходной аналоговый сигнал ЦАП 10 усиливается в усилителе 11 и подается на обмотку 12 тягового электромагнита 13, электромагнитная сила которого FЭ измеряется измерительной пружиной 14. От соотношения сил тягового электромагнита 13 FЭ и пружины 14 FП зависит положение регулирующего золотника 5. Сила тягового электромагнита 13 FЭ передается измерительной пружине 14 через нажимную шайбу 15. Силу затяжки измерительной пружины 14 FП можно изменять с помощью регулировочной гайки 16. Положение золотника 5 зависит от давления рк, но определяется алгоритмом работы автоматического микропроцессорного регулятора давления, учитывающим условия и режимы работы пневматической системы и компрессорной установки тягового транспортного средства. Для учета величины ωк в автоматическом микропроцессорном регуляторе давления применен датчик частоты вращения вала компрессора 17, соединенный с вторым входом бортового микропроцессорного контроллера 9 через второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП2) 18. Управляющая программа бортового микропроцессорного контроллера 9 содержит требуемый алгоритм работы автоматического микропроцессорного регулятора давления. Например, программа может содержать такое задание: при скорости уменьшения рк больше заданного значения автоматический микропроцессорный регулятор давления должен быстро увеличить ωк и подачу компрессора Q2 до максимальных значений. Эта функция не может быть реализована в известных автоматических системах регулирования давления в пневматических системах тяговых транспортных средств. Гидрообъемный привод компрессора содержит также охладитель масла 19, фильтр масла 20 и масляный бак 21.

Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства работает следующим образом. При рк ниже рк1 (фиг.3 и 4) измерительная пружина 14 удерживает регулирующий золотник 5 в крайнем верхнем 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 вращения ωк. Компрессор 1 имеет подачу Q2макс, и давление рк повышается. После достижения рк значения рк1 сила тягового электромагнита 13 FЭ становится больше силы измерительной пружины 14. При этом сердечник 13 электромагнита и шайба 15 перемещаются вниз и регулирующий золотник 5 начинает открывать отверстие для перепуска масла G3 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 рк будет постоянным. Если рк становится равным рк2, регулирующий золотник 5 обеспечивает полную подачу масла G3 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 G3 на перепуск мимо двигателя 2 при достижении этой минимальной частоты вращения (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 рк1 до рк2.

Технический результат достигается за счет того, что автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства содержит пневматическую систему, соединенную с компрессором, микропроцессорный управляющий орган непрерывного действия, к входам которого подключены посредством аналого-цифровых преобразователей датчик давления, соединенный трубопроводом с пневматической системой тягового транспортного средства, и датчик скорости вращения вала компрессора, соединенный с валом компрессора, а выход микропроцессорного управляющего органа связан через цифроаналоговый преобразователь с усилителем, подключенным к обмотке тягового электромагнита, непосредственно соединенного с измерительной пружиной и регулирующим золотником. 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. Этим поддерживается постоянным давление сжатого воздуха в пневматической системе тягового транспортного средства.

Список использованных источников

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 цилиндро-поршневой 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.135.

1. Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства, содержащая пневматическую систему, соединенную с компрессором, микропроцессорный управляющий орган непрерывного действия, к входам которого подключены посредством аналого-цифровых преобразователей датчик давления, соединенный трубопроводом с пневматической системой тягового транспортного средства, и датчик скорости вращения вала компрессора, соединенный с валом компрессора, а выход микропроцессорного управляющего органа связан через цифроаналоговый преобразователь с усилителем, подключенным к обмотке тягового электромагнита, непосредственно соединенного с измерительной пружиной и регулирующим золотником, 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 п.1, отличающаяся тем, что вал гидрообъемного насоса с валом теплового двигателя, а вал компрессора с валом гидрообъемного двигателя соединяются посредством зубчатых редукторов.



 

Похожие патенты:

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

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

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 системе автоматического регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства. .

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

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 области поршневых компрессорных установок тягового подвижного состава
Наверх