АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ТЯГОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2005 года по МПК B61C15/00 F04B49/00 

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 не отключаемый от главного теплового двигателя; электрический регулируемый релейно; гидродинамический с регулируемой муфтой; гидродинамический с нерегулируемой муфтой; привод от вспомогательного теплового двигателя (не отключаемый) (Тепловозы. Конструкция, теория и расчет. Под ред. Н.И.Панова. - М.: Машиностроение, 1976. - 544 с.).

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.

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 (Поршневые компрессоры. Под ред. Б.С.Фотина. - Л.: Машиностроение, 1987). Однако для поддержания давления воздуха р_к в пневматической системе тягового транспортного средства с поршневыми компрессорами широко применяются релейные автоматические системы регулирования давления.

Аналогом изобретения является автоматическая система регулирования давления воздуха в пневматической системе тягового транспортного средства (тепловоза 2ТЭ10Л), в которой при достижении максимального давления в пневматической системе тепловоза релейным автоматическим регулятором компрессоры отключаются, а при понижении давления до нижнего предела - включаются вновь (Тепловозы. Конструкция, теория и расчет. Под ред. Н.И.Панова. - М.: Машиностроение, 1976, с.308).

Аналогом изобретения, наиболее близким к нему по совокупности признаков (прототипом), является автоматическая система регулирования давления воздуха в пневматической системе тягового транспортного средства (тепловоза ТГМ6А), в которой при достижении максимального давления в пневматической системе тепловоза релейный автоматический регулятор (фактически двухпредельное реле) давления подает сжатый воздух в цилиндр привода золотника управления наполнением гидродинамической муфты привода компрессора, золотник перемещается в положение, при котором прекращается подача масла в полость гидродинамической муфты (В.Н.Логунов и др. Устройство тепловоза ТГМ6А. М.: Транспорт, 1989, с 214-218).

По мере опорожнения гидродинамической муфты компрессор замедляет ход и, наконец, останавливается. При достижении давления воздуха в главных воздушных резервуарах (в пневматической системе) тепловоза минимально допустимого значения релейный автоматический регулятор давления прекращает подачу сжатого воздуха в цилиндр привода золотника управления наполнением муфты, и возвратная пружина золотника перемещает его в положение, при котором осуществляется подача масла в полость гидродинамической муфты. Гидродинамическая муфта заполняется маслом, и вал компрессора вращается с максимальной скоростью.

На фиг.1 изображена функциональная схема автоматической системы регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства.

На фиг.2 - статическая характеристика автоматического регулятора давления в пневматической системе тягового транспортного средства релейного действия.

На фиг.3 - статические характеристики автоматического регулятора давления непрерывного действия: 1 - при выключении привода компрессора при ω_к=0; 2 - при выключении привода компрессора при ω_к=(0,13-0,17)ω_{к макс}.

На фиг.4 - принципиальная схема автоматической системы регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства

В автоматической системе регулирования давления (фиг.1.) функции исполнительно-регулирующих устройств (ИРУ), т.е. исполнительных механизмов (ИМ) в совокупности с регулирующими органами (РО), выполняют приводы компрессора и компрессоры. 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 (Луков Н.М. Основы автоматики и автоматизации тепловозов. - М.: Транспорт, 1989).

На объект регулирования давления действуют внешние возмущающие воздействия: расход воздуха из пневматической системы Q₁(λ₁), температура Та(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 пневматическую систему. Известные релейные автоматические регуляторы давления имеют статическую характеристику в виде петли (фиг.2), и при работе автоматической системы регулирования давления величина давления р_к изменяется в пределах от р_к1 до р_к2.

Технический результат, заключающийся в обеспечении автоматического поддержания давления в пневматической системе тягового транспортного средства независимо от расхода воздуха из пневматической системы, температуры и давления атмосферного воздуха, достигается тем, что автоматическая система регулирования давления, содержащая пневматическую систему, соединенную с компрессором, приводимым от вала теплового двигателя посредством зубчатого редуктора и гидродинамической муфты переменного наполнения, вход которой соединен с регулирующим золотником подачи в нее масла, снабжена управляющим органом автоматического регулятора давления непрерывного действия, содержащим корпус, в котором установлены мембрана, измерительная пружина, регулировочная гайка и регулирующий золотник подачи масла в гидродинамическую муфту, связанный с мембранным пружинным одностороннего действия приводом, при этом полость над мембраной соединена трубопроводом с пневматической системой тягового транспортного средства.

Технический результат от применения непрерывной автоматической системы регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства заключается также в значительном уменьшении скорости износа деталей цилиндро-поршневой группы компрессора и уменьшении расхода смазки при непрерывном регулировании давления р_к наиболее эффективным способом - плавным изменением скорости вращения вала компрессора ω_к, при этом уменьшается время работы компрессора при максимальной скорости вращения ω_{к макс} и максимальном давлении р_{к макс}

Автоматическая система регулирования давления непрерывного действия содержит автоматический регулятор давления, статические характеристики которого имеют вид, показанный на фиг.3.

Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства с автоматическим регулятором давления непрерывного действия содержит компрессор 1, 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 зубчатый редуктор 5 соединен с валом теплового двигателя 6. Подачей масла G₁ в гидродинамическую муфту переменного наполнения управляет регулирующий золотник 7, положение которого зависит от давления р_к в камере над мембраной 8 и силы измерительной пружины 9 мембранного пружинного одностороннего действия привода. 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, регулирующий золотник 7 и корпус 12 образуют управляющий орган автоматического непрерывного регулятора давления.

Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства работает следующим образом. При р_к ниже p_к1 (см. фиг.3 и 4) измерительная пружина 9 удерживает регулирующий золотник 7 подачи масла в гидродинамическую муфту 3 в крайнем верхнем положении. Отверстие для подачи масла G₁ в гидродинамическую муфту 3 полностью открыто регулирующим золотником 7. Рабочая полость гидродинамической муфты 3 полностью заполнена маслом и турбинное колесо 2 и вал компрессора 1 вращаются со скоростью ω_{к макс.} Компрессор имеет максимальную подачу Q _макс., и давление р_к повышается. После превышения давлением 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 регулирующий золотник 7 начинает уменьшать площадь сечения отверстия для подачи масла G₁ в гидродинамическую муфту 3. При этом подача масла в гидродинамическую муфту 3 G₁ становится меньше расхода масла из гидродинамической муфты G₂. Это приводит к уменьшению степени наполнения гидродинамической муфты 3, к уменьшению скорости вращения вала ω_к и подачи компрессора Q₂. Когда подача компрессора будет равна расходу воздуха из пневматической системы Q₁, тогда наступит установившийся режим работы автоматической системы регулирования давления и давление р_к будет постоянным. Когда давление р_к становится равным давлению р_к2, тогда регулирующий золотник 7 перекрывает подачу масла G₁ в гидродинамическую муфту 3, компрессор останавливается и подача его становится равной нулю. Поскольку компрессор дает заметную подачу лишь при скорости вращения вала ω_к>(0,13-0,17)ω_{к макс.,} то автоматическую систему регулирования давления можно настраивать так, чтобы гидродинамическая муфта 3 опоражнялась при достижении этой минимальной скорости вращения вала компрессора (фиг.3). Таким образом, при разных расходах воздуха из пневматической системы тягового транспортного средства автоматическая система регулирования давления всегда будет поддерживать подачу Q_2, равную расходу Q_1, при изменении давления в диапазоне от р_к1 до р_к2.

Автоматический регулятор давления непрерывного действия, примененный в автоматической системе регулирования давления, является статическим, имеет простую схему и конструкцию, в котором функции датчика давления выполняют мембрана 8 и измерительная пружина 9 управляющего органа. Этот датчик давления преобразует изменение регулируемой величины - давления р_к в изменение перемещения регулирующего золотника 7.

Изобретение предназначено для использования в области совершенствования поршневых компрессорных установок тягового подвижного состава, например дизельного тягового подвижного состава, на котором компрессоры приводятся от теплового двигателя. Автоматическая система регулирования давления содержит пневматическую систему, соединенную с компрессором, приводимым от вала теплового двигателя посредством механического редуктора и гидродинамической муфты переменного наполнения. Вход муфты соединен с регулирующим золотником подачи масла в гидродинамическую муфту. В системе применен управляющий орган непрерывного действия, регулирующий золотник которого связан с мембранным пружинным одностороннего действия приводом, соединенным трубопроводом с пневматической системой тягового транспортного средства. Обеспечивается автоматическое поддержание 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 зубчатого редуктора и гидродинамической муфты переменного наполнения, вход которой соединен с регулирующим золотником подачи в нее масла,отличающаяся тем, что система регулирования снабжена управляющим органом автоматического регулятора давлениянепрерывного действия, содержащим корпус, в котором установлены мембрана, измерительная пружина, регулировочная гайка и регулирующий золотник подачи масла в гидродинамическую муфту, связанный с мембранным пружинным одностороннего действия приводом, при этом полость над мембраной соединена трубопроводом с пневматической системой тягового транспортного средства.