ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Известно, что рабочий диапазон частоты вращения коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания (ДВС) является сравнительно широким. Под рабочим понимается диапазон от частоты вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте - n _м до частоты при номинальной мощности - n. Данный диапазон характеризуется коэффициентом "а", выраженным в процентах. Его удобно также описывать безразмерным (относительным) коэффициентом а ₁ = n _м/n. Значение данного коэффициента составляет 0,62...0,89 - для дизелей и 0,25...0,49 - для карбюраторных двигателей. Анализ отдельных характеристик ДВС и генераторов, установленных на них, показывает следующее.

1.В качестве расчетных рекомендуется принимать номинальное значения тока jp = j _h и частоту вращения генератора n _p = a ₂*n _н. Здесь n _p - расчетное значение частоты вращения ротора генератора, мин ^-1; а ₂ - коэффициент, учитывающий повышение частоты вращения ротора генератора и, соответственно, рабочего (расчетного) напряжения, а ₂ = 1,12...1,25; n _н - частота вращения ротора генератора, соответствующая номинальному значению тока, мин ^-1. Допускается работа генератора при максимальных (предельных) значениях токаjm=jmax,но при этом для охлаждения он снабжен вентилятором.

2. Генераторы имеют частоты вращения ротора n ₀, n _н мин ^-1, при которых, соответственно, достигается номинальное напряжение без нагрузки и с нагрузкой. При увеличении частоты вращения ротора от значения n ₀ интенсивно растет ток. Это свидетельствует о том, что при частоте вращения ротора генератора выше значения n ₀ отдельные аппараты электрооборудования могут работать под нагрузкой.

3. Для расширения диапазона частоты вращения коленчатого вала ДВС, при котором система энергоснабжения обеспечивает нормальную работу бортовых электрических систем автомобилей, тракторов и других машин различного назначения (далее машин), генераторы работают в диапазоне частот вращения ротора, охватывающем и частоты, близкие к предельным, либо предельные.

В связи с этим были решены следующие задачи:

- обеспечение работы генератора с частотой вращения ротора, близкой к расчетной - n _p, c возможностью расширения диапазона частоты вращения коленчатого вала - n за пределы рабочего за счет усовершенствования конструкции автоматического регулятора частоты вращения на базе вязкостной муфты и элементов центробежного регулятора;

- выявление критерия, позволяющего обосновать нижнее значение частоты вращения коленчатого вала, начиная с которой генератор обеспечивает нормальную работу осветительных приборов и другого электрооборудования бортовой сети машин.

С целью обоснования критерия, который обеспечивает выбор нижней границы регулирования, рассмотрим зависимость частот вращения ротора генератора и коленчатого вала ДВС (см. рисунок).

Под нижней границей регулирования понимается частота вращения коленчатого вала n _a, начиная с которой автоматический регулятор (АР) обеспечивает постоянную, близкую к расчетной частоту вращения ротора генератора n ₂ = n _p. Анализируя график, можно отметить следующее.

1. По характеру изменения частоты вращения ротора генератора n ₂ весь диапазон частоты вращения коленчатого вала ДВС делится на две области. Первая область охватывает частоту вращения коленчатого вала ДВС от нулевого значения до нижней границы регулирования - n _a, вторая - от нижней границы регулирования до частоты максимального холостого хода - n _maxxx, мин ^-1.

2. В первой области частота вращения ротора генератора находится в основном в прямой зависимости от частоты вращения коленчатого вала и количества жидкости в рабочей камере муфты n ₂ = f(n,g), во второй - генератор работает на расчетной частоте вращения (n _p) и номинальном значении тока jн, при этом частота вращения ведущего вала АР находится в прямой зависимости от n, т.е. n ₁ = f(n) и на режиме максимального холостого хода (n _maxxx) достигает максимального значения - n _max.

3. Расчетное (оптимальное) значение напряжения без нагрузки достигается при частоте вращения генератора n ₀, что соответствует частоте вращения коленчатого вала n _к0. Данная частота вращения коленчатого вала (n _к0) названа нижней границей оптимального напряжения без нагрузки.

4. При частоте вращения коленчатого вала n _к генератор обеспечивает номинальное jн (расчетное -jp) значение тока, вращаясь с частотой n _н. Значение данной частоты вращения коленчатого вала (n _к) названа нижней границей номинального тока.

Таким образом, следует подчеркнуть, что первая область характеризуется тремя важными участками с характерными точками - частотами вращения коленчатого вала:

- нижняя граница оптимального напряжения без нагрузки;

- нижняя граница номинального тока;

- нижняя граница регулирования.

Нижнюю границу оптимального (расчетного) напряжения без нагрузки или номинального тока в данной области, а следовательно и нижнюю границу регулирования, можно характеризовать углом наклона (g) прямого участка кривой n ₂, т.е.

g= arctan = arctan (1)

Чем больше уголg, тем меньше значение нижней границы регулирования (оптимального напряжения без нагрузки и номинального тока). Это означает, что при более низкой частоте

вращения коленчатого вала генератор обеспечивает нормальную работу оборудования электросистем и контрольно-измерительных приборов. С другой стороны, чем больше уголg, тем выше частота вращения ведущего вала АР, особенно на режиме максимального холостого хода. Следовательно, критерием определения нижней границы регулирования следует выбрать уголgс учетом параметров (факторов), влияющих на его величину. Рассмотрим данные параметры более подробно.

Практика эксплуатации машин показывает, что в темное время суток или в условиях недостаточной видимости желательно, чтобы генератор на режиме холостого хода ДВС, т.е. при временной их остановке (lim n _к®n _xx), обеспечил работу аппаратов освещения и других электроприборов. На основе анализа электрооборудования автомобиля, трактора и комбайна можно отметить, что в данной ситуации часть аппаратов и приборов (звуковой сигнал, лампы указателя поворота одного борта, тахометра и т.п.) выключены. Это говорит о том, что генератор работает с нагрузкой, равной (1-С ₀)*jн. Здесь С ₀ коэффициент, учитывающий нагрузку неработающих аппаратов и электроприборов, С ₀ = 0,1...0,2. Тогда угол наклонаgпрямого участка кривой n ₂ = f(n) будет равен:

g= arctan (2)

c другой стороны при больших значениях углаgрастет частота вращения первичного вала АР, особенно на режиме максимального холостого хода (n _maxxx). Несмотря на то, что данный режим (n _maxxx) работы двигателя является эпизодическим, его следует учитывать при выборе конструкции и расчете подшипникового узла. Из сказанного следует, что за нижнюю границу номинального тока целесообразно принять режим минимального холостого хода ДВС (n _xx), и угол наклонаgпрямого участка кривой n ₂ = f(n) при этом определится из уравнения:

g= arctan (3)

В случае, если при этом уголgполучается большим, что вызовет значительное увеличение частоты вращения первичного вала n ₁ АР, то значение n _xx следует изменить в строну увеличения от фактического.

Таким образом, критерием оценки нижней границы регулирования выбирается угол наклонаgпрямой n ₂ = f(n). Значение углаgопределится из условия обеспечения номинального тока генератором при частоте вращения коленчатого вала, близкой к режиму минимального холостого хода. Уравнение определения нижней границы регулирования примет вид:

n _a = n _p* = n _p*ctg(g) (4)

Таким образом:

- выявлен критерий оценки выбора нижней границы регулирования n _a, которым

является угол наклонаgпрямого участка кривой n ₂ = f(n);

- оптимальное значение углаgвыбирается в зависимости от режима

минимального холостого хода (n _xx) ДВС с учетом значения частоты

вращения коленчатого вала на режиме максимального холостого хода (n _maxxx) с

вводом коэффициента c ₀, учитывающим нагрузку неработающих аппаратов и

электроприборов.

- получена зависимость (4), позволяющая определить значение нижней границы

регулирования n _a.

Диаграмма режимов работы генератора на различных частотах вращения коленчатого вала (числа даны для двигателя 8ДВТ-330)