СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ РЕГУЛЯТОРА СКОРОСТИ Российский патент 1997 года по МПК F02D1/10 G01M15/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к 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.

Прототипом принят стенд для испытания регулятора скорости непрямого действия с внутренней маслосистемой для двигателя внутреннего сгорания по авт. св. N 781379 [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. Стенд выдает возможность получить количественную оценку качества работы испытываемого регулятора. Недостатком является то, что на стенде нельзя испытывать регуляторы типа 9Д100, 10Д100, 7РС2, имеющие встроенные устройства задания скоростного режима.

Сущность предложения поршень гидравлического сервомотора подключен к вариатору, установленному между электродвигателем и валом привода испытываемого регулятора.

Технический результат от использования предложенного устройства - возможность испытания, настройки и количественной оценки качества работы регулятора, имеющего встроенное устройство задания скоростного режима.

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 через вариатор 3. Выход 4, управляющий подачей топлива в двигатель, кинематически соединен с золотником 5 гидравлического сервомотора 6. Индукционный датчик (или реостат) 7 управляет нагрузкой двигателя, воздействия на привод (возбуждение генератора). На стенде движение якоря датчика через стержень 8 передается золотнику 5. Этому же золотнику передается движение поршня 9 сервомотора 6 через кулису 10 и кулисный камень 11. Рабочая жидкость высокого давления поступает в сервомотор по трубке 12 из масляной системы регулятора 1. Давление жидкости в регуляторе и сервомоторе стенда измеряется манометром 13. Отработавшая в сервомоторе жидкость сливается в ванну регулятора. Поршень стенда 9 управляет вариатором 3, изменяя передаточное отношение от электродвигателя 2 к приводному валу регулятора 1.

При установившемся режиме, при работающем электродвигателе 2, золотник 5 находится в среднем положении, поршень 9 в некотором промежуточном положении и неподвижен. Скорость вала регулятора постоянна и равна заданной.

При изменении скоростного режима (увеличение заданной скорости) выходной вал 4 поворачивается по часовой стрелке, его движение передается золотнику 5. Золотник 5 смещается вниз, в результате чего поршень 9 движется вверх, его движение передается золотнику 5 и вариатору 3. Скорость вращения вала увеличивается, золотник 5 возвращается в среднее положение, поршень 9 останавливается в новом, соответствующем увеличенной скорости вала, положении.

Чтобы дать количественную оценку качества работы регулятора, медленно перемещают камень 11 вправо от средней точки кулисы 10. Обратная связь от поршня 9 к золотнику 5 становится положительной, устойчивость системы регулирования уменьшается, начнутся незатухающие колебания золотника 5 и поршня 9. По положению камня 11 на кулисе 10 в момент возникновения колебаний оценивают качество работы испытываемого регулятора.

Расчет системы регулирования подтверждает работоспособность устройства.

Характеристическое уравнение работы двигателя и привода записывается так
ω(J_p+F)=-k₁y-k₂z,
где ω отклонение угловой скорости вала двигателя от установившейся;
J момент инерции подвижных частей двигателя, приведенный к валу;
F фактор устойчивости (самовыравнивания) двигателя;
k₁ коэффициент усиления по подаче топлива;
k₂ коэффициент усиления по нагрузке;
y отклонение выхода регулятора, соединенного с топливоподающей системой двигателя от установившегося положения;
z отклонение выхода регулятора, управляющего нагрузкой двигателя,
p оператор характеристического уравнения.

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

Положение x₅ золотника 5 зависит от положений x₄ выхода 4 регулятора, x₈ стержня 8, x₉ поршня 9
x₅ c₁x₄ + c₂x₈ + c₃x₉
Скорость поршня 9 зависит от положения x₅ золотника 5

Отклонение угловой скорости ω от заданной зависит от положения x₉ поршня 9
w = C₅X₉
Совместное решение уравнений стенда приводит к характеристическому уравнению работы стенда

Сравним его с уравнением двигателя и обнаружим, что

Найдем коэффициенты уравнений стенда, предназначенного для испытания регулятора 7РС2 дизеля тепловоза ТЭМ7. Коэффициенты уравнений работы двигателя примем следующими: J 315 кг•м², k₁ 1180 Н•м•мм^-1, k₂ 60 Н•м•мм^-1.

Коэффициенты стенда C₁ 0,5 и C₅ 1 с^-1мм^-1 выбираем при проектировании, а остальные вычисляем

Коэффициент C₃ передаточное отношение от поршня 9 к золотнику 5 переменный, зависит от положения камня 11 на кулисе 10. Этим коэффициентом задают самовыравнивание двигателя

Для работы двигателя под нагрузкой величина коэффициента C₃ вычисляется по известным диапазону положений выхода 4: Δy 10 мм, и диапазону измерения скоростей Δω 68,1 с^-1 вала двигателя при работе под нагрузкой

При таком значении передаточного отношения от поршня 9 к золотнику 5 проводится настройка регулятора по скорости и нагрузке.

Найденные величины коэффициентов обеспечиваются при проектировании и изготовлении стенда.

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

Использование: устройства для испытания регуляторов скорости непрямого действия двигателя внутреннего сгорания. Достигаемый технический результат - возможность испытания, настройки и количественной оценки качества работы регулятора, имеющего встроенное устройство задания скоростного режима. Сущность изобретения: стенд для испытания регулятора скорости имеет электропривод регулятора, вариатор, гидравлический сервомотор, подключенный к внутренней масляной системе через управляющий золотник, причем последний через рычажную передачу связан с выходом регулятора и поршнем гидравлического сервомотора. Новым в устройстве является то, что поршень гидравлического сервомотора подключен к вариатору, установленному между электродвигателем и валом привода испытываемого регулятора. 1 ил.

Стенд для испытания регулятора скорости непрямого действия с внутренней масляной системой для двигателя внутреннего сгорания, содержащий электропривод регулятора, вариатор, гидравлический сервомотор, подключенный к внутренней масляной системе через управляющий золотник, причем последний через рычажную передачу связан с выходом регулятора и поршнем гидравлического сервомотора, отличающийся тем, что поршень гидравлического сервомотора подключен к варианту, установленному между электродвигателем и валом привода испытываемого регулятора.