АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ТЯГОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2004 года по МПК G05D16/00 

Предлагаемое изобретение относится к области совершенствования поршневых компрессорных установок тягового подвижного состава, например дизельного тягового подвижного состава, на котором компрессоры приводятся от теплового двигателя. На дизельном тяговом подвижном составе применяются следующие приводы компрессоров: механический неотключаемый от главного теплового двигателя; электрический регулируемый релейно; гидродинамический с регулируемой муфтой; гидродинамический с нерегулируемой муфтой; привод от вспомогательного теплового двигателя (неотключаемый) [1].

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 переменньми скоростью вращения вала, давлением нагнетания, температурными условиями, частыми пусками и остановками или сменами рабочего и холостого хода [2].

Известно, что из всех применяемых способов изменения подачи Q₂ и давления р_к компрессоров способ изменения их путем изменения скорости вращения вала компрессора ω_к является наиболее эффективным. Однако для поддержания давления воздуха р_к 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 (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 [3].

На объект регулирования давления действуют внешние возмущающие воздействия: расход воздуха из пневматической системы Q₁(λ₁), температура T_а(λ₂) и давление р_а(λ₃) атмосферного (всасываемого) воздуха. Для поддержания регулируемой величины - давления р_к(ϕ) - в заданном диапазоне автоматический регулятор давления изменяет регулирующее воздействие - подачу воздуха Q₂(µ) в пневматической системе. Релейный автоматический регулятор давления имеет статическую характеристику в виде петли (фиг.2), и при работе автоматической системы регулирования давления величина р_к изменяется в пределах от р_к1 до р_к2. Повышение давления - величины р_к от р_к1 до р_к2 -_{осуществляется при работе компрессора с максимальной скоростью вращения вала ωкмакс и максимальной подачей Q2 макс. При этом наблюдается максимальная скорость износа деталей цилиндропоршневой 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 [4]. 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 рк 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 [5].}

Изменение режимов работы компрессора оказывает существенное влияние не только на скорость износа деталей цилиндропоршневой группы, но и на расход смазки. С повышением ω_к и давления нагнетания р_к расход смазки увеличивается. Например, при испытаниях компрессора на номинальном скоростном режиме с серийными поршневыми кольцами увеличение р_к 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 ω_к с 1450 до 710 об/мин расход смазки снижался примерно в 6 раз [4]. Для уменьшения износа деталей цилиндропоршневой группы компрессора и уменьшения расхода смазки необходимо применять непрерывное регулирование р_к наиболее эффективным способом - плавным изменением ω_к, при котором уменьшается время работы компрессора при ω_кмакс и р_{к макс}._{Автоматические системы регулирования давления непрерывного действия содержат автоматические регуляторы давления, статические характеристики которых имеют вид, показанный на фиг.3 (1 - при выключении привода компрессора при ωк=0; 2 - при выключении привода компрессора при ωк=(0,13-0,17)ωк макс). Анализ свойств автоматического регулятора 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 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 содержит компрессор 1 (фиг.4), приводимый от вала турбинного колеса 2 гидродинамической муфты переменного наполнения 3. Через полый вал насосного колеса 4 гидродинамической муфты в нее поступает масло с подачей G₁. Полый вал насосного колеса 4 через повышающий зубчатый редуктор 5 соединен с валом теплового двигателя 6. Подачей масла G₁ в гидродинамическую муфту управляет золотник 7, положение которого зависит от р_к в камере над мембраной 8 и силы измерительной пружины 9. Силу затяжки измерительной пружины 9 можно изменять с помощью регулировочной гайки 10. Давление в полость над мембраной 8 подводится из пневматической системы 11 тягового транспортного средства, расход воздуха из которой Q₁ зависит от режимов работы пневматических устройств тягового транспортного средства. Мембрана 8, измерительная пружина 9, регулировочная гайка (гайка задания) 10, золотник 7 и корпус 12 образуют управляющий орган автоматического регулятора давления. Коэффициент передачи золотника зависит от давления масла p₁. Для повышения устойчивости и качества работы автоматической системы регулирования давления необходимо, чтобы этот коэффициент увеличивался при увеличении ω_к, что повышает быстродействие привода компрессора и автоматического регулятора давления. Автоматическая система регулирования давления в этом случае (см. фиг.4) дополнительно содержит регулятор давления масла, датчик скорости вращения вала ω_к которого содержит центробежные грузы 13, шайбу (упорный подшипник) 14 и клапанную головку 15 преобразователя 16, двухседельный клапан 17 и пружину задания 18. Регулятор давления масла работает следующим образом. При увеличении ω_к увеличивается центробежная сила грузов 13, действующая на клапанную головку 15. При этом мембрана прогибается и открывает впускное седло клапана 17. Масло под избыточным давлением p₁ поступает в камеру под клапанной головкой и к золотнику 7. Давление масла p₂ повышается до тех пор, пока сила его действия на клапанную головку не уравновесит силу действия центробежных грузов 13 на шайбу 14. При равенстве этих сил седло 17 закрывается. Повышение давления р₂ приводит к более быстрому изменению ω_к, т.е. ускоряет переходной процесс. Таким образом, при увеличении ω_к увеличивается р₂, подача масла G₁ и коэффициент передачи золотника, а значит и исполнительного механизма (гидродинамического привода компрессора).

Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства работает следующим образом. При р_к ниже р_к1 (см. фиг.3 и 4) пружина 9 удерживает золотник 7 в крайнем верхнем положении. Отверстие для подачи масла G₁ в гидродинамическую муфту 3 полностью открыто золотником 7. Рабочая полость гидродинамической муфты 3 полностью заполнена маслом и турбинное колесо 2 и вал компрессора вращаются со скоростью ω_{к макс}. Компрессор имеет подачу Q_2макс, и давление р_к повышается. После достижения р_к значения р_к1 сила давления р_к на мембрану 8 управляющего органа становится больше силы измерительной пружины 9. Мембрана начинает прогибаться вниз и золотник 7 начинает перекрывать отверстие для подачи масла G₁ в гидродинамическую муфту 3. Это приводит к уменьшению степени наполнения гидродинамической муфты 3, к уменьшению скорости ω_к и подачи компрессора Q₂. Когда подача компрессора станет равной расходу Q₁, наступит установившийся режим работы автоматической системы регулирования давления и р_к будет постоянным. Если р_к становится равным р_к2, золотник 7 перекрывает подачу масла G₁ в гидродинамическую муфту 3, компрессор останавливается и подача его становится равной нулю. Поскольку компрессор дает заметную подачу при ω_к>(0,13-0,17) ω_{к макс}, то автоматическую систему регулирования давления можно настраивать так, чтобы гидродинамическая муфта опоражнивалась при достижении этой минимальной скорости вращения (фиг.3). Таким образом, при разных расходах воздуха из пневматической системы тягового транспортного средства автоматическая система регулирования давления всегда будет поддерживать подачу Q₂, равную расходу Q₁, при изменении давления в диапазоне от р_к1 до р_к2.

Источники информации

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

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

3. Луков Н.М. Основы автоматики и автоматизации тепловозов. - М.: Транспорт, 1989.

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

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

6. Цыкунов Ю.И., Лесин В.И. Результаты испытаний опытных образцов локомотивных компрессоров ПК-3,5 и ПК-1,75. - М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, Транспортное машиностроение, 1968, вып.5-67-14.

7. Логунов А.Н. и др. Устройство тепловоза ТГМ6А. - М.: Транспорт, 1989.

8. Маньшин А.П. Исследование системы автоматического регулирования скорости вращения компрессора с приводом через гидромуфту переменного наполнения: Дис. кан. техн. наук. - М., МИИТ, 1970.

9. Маньшин А.П. Исследование системы автоматического регулирования скорости вращения компрессора с приводом через гидромуфту переменного наполнения. - Коломна, Труды ВНИТИ, 1975, вып.41.

Изобретение относится к области совершенствования поршневых компрессорных установок тягового подвижного состава, например дизельного тягового подвижного состава, на котором компрессоры приводятся от теплового двигателя. В автоматической системе регулирования давления, содержащей 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, применен регулятор давления масла, содержащий центробежный измеритель скорости вращения вала компрессора, соединенный с валом компрессора и мембранно-клапанной системой, регулирующей подачу масла от источника давления к золотнику, который, в свою очередь, регулирует подачу масла к гидродинамической муфте. Технический результат заключается в обеспечении автоматического поддержания давления в пневматической системе тягового транспортного средства независимо от расхода воздуха из пневматической системы, температуры и давления атмосферного воздуха. 4 ил.

Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства, 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 регулятор давления масла, содержащий центробежный измеритель скорости вращения вала компрессора, соединенный с валом компрессора и мембранно-клапанной системой, регулирующей подачу масла от источника давления к золотнику, который, в свою очередь, регулирует подачу масла к гидродинамической муфте.