МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ РЕГУЛЯТОРА ЧИСЛА ОБОРОТОВ ДВИГАТЕЛЯ Д-160

Автотракторные двигатели в условиях эксплуатации работают на переменных скоростных и нагрузочных режимах. При этом наблюдаются значительные изменения их мощностных и экономических показателей. Одной из главных причин, вызывающих падение показателей двигателя, на наш взгляд, является нестабильная работа регулятора и топливоподающей аппаратуры, которая приводит к снижению цикловой подачи топлива.

Нами была сделана попытка провести теоретическое исследование работы регулятора тракторного двигателя Д-160 при неустановившемся режиме путем математического моделирования на АВМ типа ЭМУ-10.

За математическую модель системы «дизель-регулятор» была принята система дифференциальных уравнений, представленная в общем виде двумя уравнениями:

типа двигателя бралась по результатам исследований, проведенных на кафедре. Крутящий момент Мк задавался скоростной характеристикой, построенной по результатам испытаний двигателей Д-160 в ЦЗЛИД ЧТЗ. Момент сопротивления брался по результатам полевых испытаний трактора Т-130. Изменение величины Мс при моделировании на машине ЭМУ-10 производилось как по гармоническому, так и по случайному законам.

На первом этапе исследовалась работа регулятора без двигателя при гармоническом возмущающем воздействии. Возмущающим воздействием являлась угловая скорость, которая задавалась в машину с помощью низкочастотного генератора периодических колебаний (НГПК) с различными амплитудами и периодами ее изменения. Блок-схема набора задачи представлена на рис. 1. В результате исследования установлено, что с увеличением размаха колебаний угловой скорости снижается средний выход рейки топливного насоса (рис. 2), а следовательно, и подача топлива на цикл.

На величину среднего выхода рейки большое влияние оказывает период изменения угловой скорости (рис. 3). Средний выход рейки с увеличением периода Т падает, причем с уменьшением размаха колебаний угловой скорости это падение менее интенсивно. При размахе колебаний до 20 об/мин значения выхода рейки близки к номинальным.

Увеличение частоты изменения колебаний угловой скорости приводит к некоторому повышению и стабилизации выхода рейки. Однако при этом наблюдается такое фазовое отставание рейки по отношению к числу оборотов, что регулятор практически не обеопечивает необходимой цикловой подачи топлива (рис. 4).

Экспериментальные исследования работы регулятора, проведенные на специальной установке, подтверждают закономерности, выявленные при математическом моделировании.

лось изменение по времени в тереходном процессе величины щ (угловая скорость дизеля). Первоначально исследовалось влияние на переходный процесс изменения постоянных времен системы регулятора без учета упругости валов трансмиссии. При имеющихсяв значениях параметров системы переходный процесс оказался колебательным, частота колебаний составила 0,7 гц.

Рассмотрим копии осциллограмм некоторых переходных процессов с учетом и без учета податливостей валов трансмиссии. Безразмерное отклонение cpi угловой скорости на осциллограммах пересчитано в размерное отклонение п- числа оборотов двигателя.

На рис. 2 показан переходный процесс дизеля без учета упругости элементов трансмиссии (сплошная плавная линия), на

нее наложена кривая переходного процесса учитывающая упругость валопроводов трансмиссии. Как видно, упругость валов добавляет к переходному процессу высокочастотную составляющую колебаний (7 гц). Возрастание податливости элементов трансмиссии вдвое (рис. 26) увеличивает в 1,9 раза амплитуду колебаний и уменьшает их частоту.

Динамический заброс (величина перерегулирования) срп от конечного установившегося значения составляет 16%.

16Ш Зак. 17730 241

Просмотрим переходные процессы систем при изменении V с целью определения направления по улучшению динамических качеств системы регулирования:

Снижение v до 5,25 кГсм~ сек (рис. 2в) уменьшает динамический заброс ф„, а упругость элементов трансмиссии пока не оказывает отрицательного воздействия на картину переходного процесса, и система по динамическим свойствам (при данных параметрах податливости валов, свойствах объекта регулирования двигателя и регулятора) оптимальна.

Уменьшение v до 0,65 кГсм—сех (в 10 раз) делает динамиче-ский заброс регулируемой величины равным нулю, но при наличии податливости валов трансмиссии интенсивно нарастает амплитуда колебаний в расходящемся процессе .

При отсутствии упругости валов трансмиссии с целью получения более высокого качества переходного процесса желательно иметь v порядка 1 кГсм сек, что, однако, недопустимо из-за упругости валов ввиду нарушения устойчивости системы регулирования. С учетом упругости элементов трансмиссии коэффициент v должен быть примерно равен 5,5 кГсм~сек против существующего 6,55 кГсм""сек.

Был произведен также анализ уменьшения фактора устойчивости регулятора FPo , т. е. его степени неравномерности.

Уменьшение FP„ до 14,3 (примерно в два раза) приводит к увеличению колебательности и продолжительности переходного процесса. От упругости валов добавилась высокочастотная составляющая колебаний. Дальнейшее уменьшение FPil вызывает уменьшение частоты и увеличение амплатуды колебаний и может привести к нарушению работоспособности системы регулирования скоростным режимом дизеля.

Анализ варьирования приведенной массой регулятора (рис. 2е) показывает ее сравнительно малое влияние па переходный процесс — возрастание массы приводит к медленному увеличению колебательности переходного процесса.

Выводы

При неустановившемся характере нагрузки упругость валов оказывает весьма существенное влияние на работу САР, ДВС, машины — это изменяет не только общее представление о работоспособности системы, но даже может нарушить устойчивость ее работы.

2. Увеличение податливости валов трансмиссии приводит к росту амплатуды колебаний оборотов двигателя.

3. Упругость элементов трансмиссии не позволяет существенно улучшить работу САР за счет изменения постоянных времени регулятора (величины гидротрения, фактора устойчивости, приведенной массы регулятора). Работа САР может быть улучшена применением регуляторов с дополнительным воздействием по

второй производной от регулируемого параметра и применением прогрессивных трансмиссий, которые фильтруют высокочастотные колебания нагрузки.

4. При проектировании, испытаниях и доводке САР необходимо согласовать работу САР, ДВС и конструктивное исполнение трансмиссии с учетом неустановившегося режима нагружения машины, так как улучшение показателей только САР и ДВС из-за неучета влияния упругости элементов трансмиссии может не дать ожидаемого эффекта.