Микропроцессорная система регулирования дизель-генератора

[Admin]

Микропроцессорная система регулирования дизель-генератора

Завершены приемочные испытания тепловоза 2ТЭ116, оборудованного модернизированными дизелями и новой микропроцессорной системой управления силовыми установками

Серийные дизель-генераторы, устанавливаемые на тепловозах, имеют недостаточно совершенные системы управления. В частности, системам характерны ступенчатое задание частоты вращения коленчатого вала, неудовлетворительное протекание переходных процессов в дизеле при изменении рабочего режима. Кроме того, задаваемая частота вращения коленчатого вала и фактически установившаяся могут значительно отличаться друг от друга. Мощность дизеля на промежуточных позициях зачастую недоиспользуется.

Применяемые в настоящее время системы управления силовыми установками тепловозов, как правило, состоят из контроллера машиниста, объединенного регулятора частоты вращения коленчатого вала дизеля и системы возбуждения тягового генератора. В этой цепи основные недостатки определяются, главным образом, несовершенством объединенного регулятора.

Современные серийно выпускаемые регуляторы гидромеханического принципа действия располагают весьма ограниченными возможностями задания характеристик. Они реализуют практически линейную зависимость заданного положения реек топливных насосов высокого давления от частоты вращения коленчатого вала. Однако известно, что данная зависимость, соответствующая наибольшей экономичности дизеля, имеет нелинейный вид.

Большинство эксплуатируемых гидромеханических регуляторов не учитывают ряд существенных факторов, например, влияние коэффициента избытка воздуха а. Кроме того, величина мощности дизеля зависит от атмосферных условий его эксплуатации (температуры, давления и влажности окружающего воздуха).

В данном регуляторе слишком быстро изнашиваются детали, изменяется вязкость масла в зависимости от температуры и наработки, что приводит к нестабильному поддержанию мощностных характеристик дизеля в процессе эксплуатации по мере увеличения пробега. В результате возникает необходимость в дополнительных операциях при техническом обслуживании и ремонте, связанных с настройкой частоты вращения коленчатого вала и мощности дизель-генератора, регулировкой подачи топлива.

Анализ отечественных и зарубежных исследований показал, что существенно улучшить систему объединенного регулирования дизель-генератора можно, перейдя с электромеханической базы на микропроцессорную. Программное зада-

ние основных характеристик регуляторов частоты вращения и мощности позволяет микропроцессорной системе обеспечить их стабильное поддержание в процессе эксплуатации и отказаться от настройки на ТО и ТР.

Дополнительно программное обеспечение позволяет задавать мощностные характеристики с любым видом кривой, графически отображающей зависимость положения реек топливных насосов и частоты вращения вала дизеля, в том числе и по условию наибольшей экономичности тепловоза. Микропроцессорная система также дает возможность реализовать любой закон регулирования на переходных режимах, в том числе в зависимости от коэффициента а, что при гидромеханической основе регулятора добиться исключительно сложно.

В последние годы российскими учеными и специалистами созданы несколько устройств управления силовыми установками на базе микропроцессоров: система регулирования и защит дизеля СКРЗД1, автоматическая система управления локомотивом АСУБ «Локомотив», универсальная система тепловозной автоматики УСТА. Однако ни одна из них не выполняет в полной мере функций объединенного регулятора частоты вращения и мощности дизель-генератора.

Научные сотрудники отделения «Тяговый подвижной состав и электроснабжение» ВНИИЖТа, а также специалисты саратовского предприятия «Дизельавтоматика» (главные конструкторы А.Н. Кирьянов и С.Н. Лобанов) совместно разработали и изготовили новую микропроцессорную систему управления силовой установкой тепловоза. Она предназначена для оптимального автоматического управления дизель-генератором по сигналам, получаемым от контроллера машиниста или по величине заданной скорости движения, выдаваемой системой автоведения.

В комплект микропроцессорной системы входят следующие -приборы и устройства:

- электронный блок управления ЭРЧМЗОТ, который служит для приема и обработки сигналов датчиков, команд управления, а также выдачи сигналов управления на исполнительное устройство и блок управления возбуждением тягового генератора;

- электрогидравлическое исполнительное устройство ЭГУ104, предназначенное для пропорционального преобразования электрического сигнала, получаемого от блока управления, в поворот выходного вала исполнительного устройства, связанного с рейками топливных насосов высокого давления посредством механической передачи;

датчики частоты вращения коленчатого вала дизеля и ротора турбокомпрессора, обеспечивающие преобразование соответственно частоты вращения коленчатого вала дизеля и ротора турбокомпрессора в электрический сигнал переменного тока с частотой, пропорциональной измеряемой частоте вращения;

- датчик давления наддува, используемый для измерения давления наддувочного воздуха турбокомпрессора и преобразования измеренного давления в токовый сигнал;

- датчик давления масла, который непрерывно измеряет давление масла в масляной системе дизеля и преобразует измеренное давление в токовый сигнал;

- программатор, предназначенный для индикации текущих и заданных параметров системы, а также для настройки системы с помощью корректировки управляющих коэффициентов.

От электрической схемы тепловоза к микропроцессорной системе управления подключаются еще несколько датчиков и устройств. В качестве датчика скорости движения локомотива используется стандартный датчик типа ДПС САУТ-МП-2, а датчиков тока и напряжения тягового генератора — штатные трансформаторы постоянного тока и напряжения тепловоза 2ТЭ116.

Блок управления монтируется в правой аппаратной камере тепловоза рядом с пусковыми реле времени. Здесь же размещается дополнительная рейка зажимов, с помощью которой блок управления подключается к электрическим цепям управления, исполнительному устройству и датчикам.

Исполнительное устройство системы регулирования устанавливается на место штатного объединенного регулятора и имеет существенно меньшие массу и габариты, что немаловажно. На торцовой стенке правой аппаратной камеры, находящейся у входной двери, смонтирована панель с тумблерами включения питания и контрольными свето-диодами. Контрольно-диагностическая панель размещена у входной двери кабины машиниста.

Блок управления представляет собой стальной корпус, герметично закрываемый крышкой. Внутри корпуса находятся плата контроллера с микропроцессором, а также платы интерфейса, усилителя мощности, защиты и сопряжения, предохранители цепи питания. Программатор состоит из корпуса, платы, кнопок управления и штепсельного разъема для подключения к блоку управления.

На плате установлены восемь индикаторов, расположенных в два ряда, и шесть восьмибитных регистров, которые служат для оперативного хранения вводимой и выводимой с помощью кнопок информации. Кнопки управления предназначены для переключения режимов просмотра, изменения содержимого ячеек запоминающего устройства, определения и установки некоторых параметров работы дизеля.

Основные узлы исполнительного устройства — датчик положения реек топливных насосов высокого давления, поворотный магнит и гидравлический усилитель. Гидроусилитель, в свою очередь, связан системой рычагов и тяг с выходным (силовым) валом, а также рычагом поворотного электромагнита и датчиком положения.

Электронная система ЭРЧМЗОТЗ управления работой дизель-генератора обеспечивает: пятнадцати позиционное задание частоты вращения коленчатого вала с точностью ±1 об/мин;

вывод реек топливных насосов высокого давления на нулевую подачу топлива при выключении штатного тумблера «Топливный насос 1» или «Топливный насос 2», а также при обесточивании питающей цепи, размыкании цепей датчика частоты вращения или исполнительного устройства;

защиту дизеля от снижения давления масла в системе ниже заданных значений в функции частоты вращения коленчатого вала, а также сигнализацию в случае срабатывания этой защиты;
снижение в две ступени мощности тягового генератора при боксовании колесных пар и плавное ее восстановление после прекращения этого процесса;

ограничение мощности тягового генератора при отключении одного из двигателей;

ограничение мощности дизеля в зависимости от давления надува;

дозирование цикловой подачи топлива при пуске дизеля; поддержание заданной скорости движения; обеспечение работы силовых установок в режиме секционной тяги;

приоритетную загрузку ведущей секции до 90 % уровня максимально допустимых значений по току или мощности тягового генератора;

автоматическое отключение функции регулирования возбуждения тягового генератора при переходе на аварийный режим работы генератора с сохранением регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля;

ограничение тока и напряжения тягового генератора.

Созданная учеными и специалистами микропроцессорная система управления силовой установкой тепловоза имеет преимущества перед ныне эксплуатируемыми гидромеханическими. Благодаря новой системе достигается возможность бесступенчатого задания и высокой точности поддержания частоты вращения коленчатого вала дизеля (±1 об/мин), а также работа дизеля по характеристике наибольшей экономичности тепловоза.

Обеспечивается реализация переходных процессов дизеля по заданному закону с заранее заданным темпом и учетом коэффициента избытка воздуха а, большее быстродействие при возникновении боксования с выбором оптимального алгоритма восстановления мощности по окончании этого процесса. Микропроцессорная система может взаимодействовать с силовыми установками других секций (при многосекционной тяге). Она компактна, имеет малый вес.

За счет реализации более плавного переходного процесса дизеля с учетом коэффициента а существенно снижается уровень теплового перенапряжения цилиндропоршневой группы дизеля. Улучшается качество сгорания топлива и, как следствие, уменьшаются дымление и закоксованность выхлопного тракта. Увеличивается срок службы турбинных колес турбокомпрессора. Повышается надежность дизеля в целом. В процессе испытаний выявилось еще одно положительное качество системы: она обеспечивает ускоренный (3 — 5 с) пуск дизеля, что существенно облегчает условия работы аккумуляторных батарей и продлевает срок их службы.

Как показали исследования, микропроцессорная система управления дизель-генератором тепловоза позволяет уменьшить расход топлива до 12 %, повысить показатели надежности силовой установки на 15 — 20 %, улучшить экологические характеристики по окислам азота и углерода на 10 — 20 %, по дымлению и саже в 2 — 3 раза. Ожидаемое сокращение расходов на ремонт — около 8 %. Снижается также масса электрооборудования, уменьшается расход цветных металлов, число механически изнашиваемых узлов и деталей, а также количество узлов, требующих внимания при техническом обслуживании и ремонте локомотива.

Таким образом, приемочные испытания тепловоза 2ТЭ116-1360, оборудованного усовершенствованными дизель-генераторами и электронной системой управления ЭРЧМЗОТЗ, показали хорошие результаты. Локомотив отправили для постоянной эксплуатации в депо Сарепта Приволжской дороги.

Д-р техн. наук Е.Е. КОССОВ, кандидаты технических наук А.С. НЕСТРАХОВ, И.П. АНИКИЕВ, инж. Д.А. БЫЧКОВ, сотрудники ВНИИЖТа

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin