ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Система автоматического регулирования теплового состояния (САРТС) введена на двигателе 8ДВТ-330 с воздушным охлаждением в процессе его разработки и постановки на производство. На рисунке 1 приведена структурная схема САРТС двигателя, представляющая собой одноконтурную систему регулирования, включающую объект регулирования (двигатель) и автоматический регулятор (АР). АР представляет собой совокупность механизмов и устройств, способных оказать влияние на объект регулирования в результате реагирования на изменение регулируемого параметра при определенном задающем воздействии. Автоматический регулятор постоянно корректирует регулируемый параметр с целью поддержания его среднего заранее выбранного значения. Автоматический регулятор включает в себя механизм управления (МУ), регулирующий орган (РО) и исполнительный механизм (ИМ). Механизм управления содержит измерительное (ИУ), сравнивающее (СУ) и задающее (ЗУ) устройства.

Рис. 1 Структурная схема системы автоматического регулирования

теплового состояния ДВС :

-автоматический регулятор ;

-механизм управления (МУ) ;

входные параметры ;

-выходные параметры одной системы являются выходными другой;

выходные параметры одной системы (df, g ₁),преобразуемые на

входе другой (dg, s);

СН - сигнал настройки пружины.

Функцию измерительного устройства выполняет терморегулятор (рис. 2), реагирующий на отклонение температуры среды в зоне установки датчика температуры. Датчик состоит из корпуса и сильфона. Датчики в САРТС двигателя могут быть с твердым, жидким или биметаллическим наполнителем. В качестве ЗУ используется пружина, сила сжатияfп которой уравновешивает силуfд перемещающегося штока сильфона датчика температуры с золотником. Функция СУ выполняется термодатчиком и пружиной терморегулятора посредством взаимодействия силfп иfд.

Рис. 2 Терморегулятор:

i- от стабилизатора; ii -к гидромуфте;1 - корпус датчика; 2 -сильфон;

3 - корпус;4 - золотник;5 - пружина;6 - стопор;7 - регулировочный винт

Входное и выходное отверстия в совокупности с клапанным устройством терморегулятора составляют регулирующий орган. В качестве регулирующего органа используют клапаны, в том числе и золотникового типа, реже-вентилятор и жалюзи. Роль ИМ на двигателе 8ДВТ-330 выполняет гидромуфта с колесом вентилятора. В качестве ИМ в САРТ двигателя применяют фрикционные, фрикционные электрические, гидродинамические, вязкостные муфты;электродвигатель-вентиляторы;вентиляторы с поворотными лопатками;гидрообъемный привод.

Объект регулирования и регулятор в процессе работы взаимодействуют между собой, образуя внутренние связи - элементарные изменения температурыdТ среды в зоне установки термодатчика и частоты вращения турбинного колеса гидромуфтыdn _r.Кроме внутренних связей, существуют внешние возмущающие воздействия. К их числу относятся изменяемые в процессе работы нерегулируемые параметры (нагрузка на двигательn,температура окружающей среды Т ₀) или изменяемые принудительно (задающее воздействие пружины регулятора - сигнал настройки пружины СН), которые влияют на регулируемую величину. В результате изменения внутреннихdТ или внешнихn, t ₀факторов объект регулирования изменяет свой регулируемый параметр, например, температуру среды, где установлен датчик, тем самым оказывает влияние на регулятор. Воспринимая сигнал, регулятор через механизм управления, регулирующий орган и исполнительный механизм оказывает регулирующее воздействие на объект регулирования.

Физическая сущность процесса заключается в том, что в результате внешнего внутреннего или внешнего возмущающего воздействия, получаемого объектом регулирования, регулируемый параметр отклоняется от заданного (расчетного) значения на величинуdТ. Данный входной сигнал воспринимается измерительным устройством механизма управления регулятора. Он вызывает изменение силыfд перемещающегося сильфона датчика с золотником, которая, являясь выходным для ИУ и входным параметром для СУ, постоянно сравнивается с другим входным параметром - силой пружиныfп от задающего устройства. Входным параметром ЗУ является сигнал настройки (Сн) пружины, а выходным - ее силаfп. Следует отметить, что, регулируя усилие пружины с помощью регулировочного винта, который фиксируется стопором (изменяя сигнал настройки Сн), можно сместить статическую характеристику измерительного устройства по воспринимаемой им (регулируемой) температуре. На входе сравнивающего устройства получаем сигнал - приращение положительной по абсолютной величине силыdf=Ѕfп -fцЅ, который, воздействуя на клапанное устройство, преобразуется в функциональную связь с время - сечением входного отверстия РО. Таким образом, МУ имеет два входных параметраdТ, Сн и один выходной -df.

Перемещение золотника изменяет сечение отверстия в контуре 1-11 терморегулятора перепуска масла, что вызывает изменение поступаемого масла в рабочий объем гидромуфты. Следовательно, входным параметром РО является измененный расход жидкости на входе (g ₁).Выходным параметром регулирующего органа является величина изменения (приращения) общего количества жидкости в рабочем объеме муфтыdg=Ѕg ₁ - g ₂Ѕ, которое влияет на коэффициент скольжения (s)ведомого (турбинного колеса), связанного с колесом вентилятора (ИМ), относительно ведущего (насосного колеса) при передаче момента. Коэффициент скольжения (s)и частота вращения насосного колесаn ₁гидромуфты являются входными параметрами исполнительного механизма. Изменение частоты вращения ведомого органа (ИМ)dn _r =Ѕn ₂-n ₁(1-s)Ѕявляется его выходным параметром (здесьn ₂ -частота вращения турбинного колеса гидромуфты). В связи с тем, что колесо вентилятора жестко связано с турбинным колесом гидромуфты, приращение частоты вращенияdn _rодновременно является входным параметром объекта регулирования, т.е.dn _r =dn_в(здесьdn_в- приращение частоты вращения колеса вентилятора). Входной параметр объекта регулированияdn_в,т.е. изменение частоты вращения колеса вентилятора воздействует на изменение температуры двигателя.

Масло из главной масляной магистрали (рис. 3) через стабилизатор давления и регулятор температуры поступает в гидромуфту вентилятора. Обводной масляный канал, при необходимости, обеспечивает подачу масла в гидромуфту вентилятора, минуя стабилизатор давления и терморегулятор.

С целью определения геометрических параметров и отдельных внешних характеристик на основе структурной схемы САРТС ДВС разработаны методика (математическая модель), алгоритм и программа для расчета исполнительного органа - гидромуфты.

Рис. 3 Схема системы охлаждения с САРТС:

i -воздух; ii -масло в системе терморегулирования; iii -масло в обводном канале;

А - к радиаторам; 1, 2 -колеса вентилятора;3 - гидромуфта вентилятора;

4 - спрямляющийаппарат вентилятора;5 - ребра охлаждения цилиндров и головок цилиндров;6 - дефлекторы;7 - кожух;8 - стабилизатор давления;

9 - регулятор температуры.