Содержание к диссертации
Введение
1. Выбор приоритетных направлений снижения эксплуатационного расхода топлива 9
1.1. Основные факторы влияющие на удельный расход топлива 9
1.1.1. Конструкционные факторы 11
1.1.2. Эксплуатационные факторы 12
1.2. Методы снижения расходной характеристики и изменения режимов работы дизелей по условиям эксплуатации 14
1.3 Постановка задачи исследования 17
2. Математическое моделирование рабочего процесса дизеля на режимах на гружен 20
2.1. Общее описание математической модели и её обобщенная блок-схема 20
2.2. Описание математической модели рабочих процессов дизеля 24
2.2.1. Выбор модели дизеля 24
2.2.2. Основные допущения и расчетная схема модели 26
2.2.3. Обобщенная блок схема модели дизеля 29
2.2.4. Методика расчета расхода рабочего тела 30
2.2.5. Методика расчета параметров рабочего тела по элементам дизеля 32
2.3. Описание модели нагрузки дизеля « 46
2.3.1. Расчет касательной мощности и силы тяги тепловоза 46
2.3.2. Расчет ускорения поезда 48
2.3.3. Расчет переходных процессов, расхода топлива и изменения мощности силовой установки 49
2.3.4. Примененные профили пути 54
2.3.5. Примеры работы и адекватность математической модели 55
3. Оценка эффективности изменения настройки тепловозной характеристики дизели и применения секционной тяги 59
3.1. Определение настройки тепловозной характеристики дизеля 59
3.1.1. Анализ влияния настройки тепловозной характеристики дизель-геператора на расход топлива тепловозом 59
3.1.2. Предлагаемая настройка тепловозной характеристики и ее влияние па надежность дизеля 62
3.1.3. Определение настройки предлагаемой характеристики по позициям контроллера машиниста 68
3.2. Разработка алгоритма секционной тяги 73
3.2.1. Энергетический баланс при синхронном и несинхронном пагружении 73
3.2.2. Определение требуемой силы тяги ведущей секции 76
3.2.3. Предварительное определение зоны эффективности асинхронного иагружения 76
3.2.4. Точки перехода на асинхронное нагружение 79
3.2.5. Определение требуемых уставок позиций контроллера машиниста 84
3.2.6. Порядок осуществления переходов и ограничения налагаемые на работу в режиме асинхронного иагружения 85
3.3 Численная оценка эффективности предлагаемых алгоритмов 86
3.3.1. Представление предлагаемых решений в мат. модели 86
3.3.2. Результаты расчетов на математической модели 88
3.3.3. Анализ результатов численного исследования 94
4. Особенности конструкции опытного дизель-генератора и системы управления 96
4.1. Усовершенствование дизель-генераторов 1А-9ДГ исполнения 2 96
4.1.1- Конструктивные изменения усовершенствованных дизелей 96
4.1.2. Общее описание и принцип действия микропроцессорной системы управления 96
4.2. Результаты стендовых испытаний усовершенствованных дизель-генераторов 113
5. Экспериментальна проверка эффективности применения микропроцессорной системы управления дизель-генератором 115
5.1. Объект испытаний 116
5.2. Материально-техническое и метрологическое обеспечение 116
5.3. Условия испытаний 117
5.4. Результаты испытаний 117
5.4.1. Проверка работы системы в режиме запуска дизеля 119
5.4.2- Работа электронной системы на холостом ходу дизель-генератора 120
5.4.3. Проверка электронной системы в режиме трогания тепловоза, 123
5.4.4. Качество работы системы при работе дизеля под нагрузкой с учетом ограничения тошшвоподачи по давлению наддува 124
5.4.5. Работа системы в режиме управления секционной тягой 127
5.4.6. Проверка работы системы по корректировке характеристики в зависимости от температуры окружающей среды 129
5.4.7. Результаты эксплуатационных испытаний 130
5.5. Анализ результатов приемочных и эксплуатационных испытаний.,131
6. Технико-экономическая оценка эффективности применения модифицированного дизеля и электронной системы управления 135
6.1. Методика расчета 135
6.2. Расчет годовых эксплуатационных расходов 136
6.2.1. Снижение годовых эксплуатационных затрат на топливо 137
6.2.2. Расчет снижения годовых эксплуатационных затрат обслуживание и ремонт 139
6.2.3. Снижение эксплуатационных затрат за счет общего повышения надежности дизель-генераторной установки 145
6.3. Расчет суммарной экономии годовых эксплуатационных расходов 146
6.4. Определение экономического эффекта за расчетный период и срока возврата капитальных вложений 146
Заключение 152
Список использованной литературы 154
Приложения:
- Методы снижения расходной характеристики и изменения режимов работы дизелей по условиям эксплуатации
- Расчет переходных процессов, расхода топлива и изменения мощности силовой установки
- Предлагаемая настройка тепловозной характеристики и ее влияние па надежность дизеля
- Работа электронной системы на холостом ходу дизель-генератора
Введение к работе
Железнодорожный транспорт является крупным потребителем дизельного топлива в стране. В эксплуатационных расходах локомотивного хозяйства на топливо приходится около 40 %> что составляет более 2,5 млн, тонн па сумму около 27 млрд. руб.
Последние годы расход топлива тепловозной тягой изменяется незначительно, однако за счет роста цен, затраты на топливо увеличиваются более чем на 10 % [1]. Исследования, проведенные во ВНИИЖТс в 1970 -80х гг. показали, что расход дизельного топлива тепловозной тягой по родам службы распределяется следующим образом: в грузовом движении 84,1 %, пассажирском 11,1 %, хозяйственном 3,4 % маневровая работа 0,9 % и пригородное движение 0,41 % [2]. Т.е. расход в грузовом движении является существенно преобладающим, и соответственно снижение эксплуатационного расхода топлива существующими и вновь строящимися грузовыми магистральными тепловозами есть наиболее эффективное направление снижения затрат на энергоносители. В настоящее время серийные дизели 1А-5Д49 исполнения 2, применяемые на тепловозах типа 2ТЭ116, имеют наименьший удельный расход топлива в узком диапазоне мощности (70 * 100 % от номинальной). Учитывая, это и то, что усовершенствованные дизели Д49 предполагается применить и на тепловозах следующего поколения, проверка новых технических решений, связанных с повышением топливной экономичности дизель-генераторов 1А-9ДГ, является особенно своевременной.
Расход топлива силовой установкой тепловоза определяется в первую очередь конструктивными характеристиками дизеля, качеством работы системы регулирования и режимами загрузки, В последние годы в различных областях промышленности и транспорта активно внедряются управляющие
системы на базе электронной техники. Перевод системы управления силовой установкой тепловоза с гидромеханической на микропроцессорную основу открывает широкие возможности по повышению качества регулирования. Это подразумевает осуществление, при необходимости, автоматической корректировки законов управления и характеристик как при статических, так и при динамических режимах, а также расширение функций системы управлении (например управление секционной тягой> противобуксовочной защитой и т.п.), что позволяет существенно повысить стабильность поддержания частоты вращения вала и мощности, исключить перегрузки дизеля, четко выдержать ограничение цикловой подачи топлива по текущему значению коэффициента избытка воздуха, и в итоге должно привести к снижению эксплуатационного расхода топлива тепловозом, снижению затрат на техническое обслуживание и ремонт силовой установки и улучшению экологических характеристик.
В последние годы были созданы и проверены на железных дорогах России несколько микропроцессорных систем управления силовыми установками тепловозов, некоторые из которых уже серийно внедряются» Так па начало 2004 года на сети эксплуатировалось более двухсот тепловозов оборудованных унифицированными микропроцессорными регуляторами ЭРЧМ30Т и пятидесяти тепловозов оборудованных УСТА. В связи с этим в настоящее время существенно расширяются возможности по реализации различных алгоритмов управления и появилась острая необходимость в разработке новых.
В результате выполненных исследований, был решен ряд задач, связанных с анализом и разработкой алгоритмов управления для созданных и внедряемых на железных дорогах Российской Федерации микропроцессорных программируемых систем управления магистральными тепловозами и их силовыми установками, в частности дизель-генератором тепловозов серии 2ТЭ116. В работе проанализированы основные факторы
влияющие на топливную экономичность магистральных грузовых тепловозов
в эксплуатации, выявлены наиболее важные из этих факторов и определены
основные направления по снижению их негативного влияния на расход
топлива, исследована новая тепловозная характеристика
усовершенствованных дизель-генераторов 1А-9ДГ исп.2, с реализацией поминальной мощности при частоте вращения коленчатого вала дизеля 850 0<УМ|Ші определена требуемая настройка характеристики по позициям контроллера машиниста, проанализированы возможности повышения топливной экономичности двухсекционных магистральных тепловозов за счет применения асинхронного нагружения силовых установок, разработан новый алгоритм управления секционной тягой с автоматической корректировкой моментов переходов на синхронное или асинхронное нагружепие по текущим значениям скорости движения и температуры воздуха окружающей среды.
Поставленные задачи решались с использованием методов математического моделирования, графо-аналитического и экспериментального исследования.
Основным методом теоретического исследования послужило математическое моделирование работы силовой установки тепловоза в условиях эксплуатации, в т. ч. переходных процессов дизеля при изменении нагрузки в зависимости от случайных факторов, связанных с поездной работой.
В качестве исходных данных широко использованы материалы научно-исследовательских работ по снижению удельного расхода дизельного топлива дизель-генераторами ЇА-9ДГ второго исполнения проведенных ВНИИЖТом совместно с ОАО ХК "Коломенский завод", ООО "ППП Дизельавтоматика" и Приволжской железной дорогой.
/
Основные положения диссертационной работы и ее отдельные положения докладывались на конференциях аспирантов и молодых ученых по проблемам железнодорожного транспорта (Щербинка, 2000 и 2003 г,) и на заседании научно-технического совета отдела "Автономный тяговый подвижной состав" комплексного отделения "Тяговый подвижной состав и электроснабжение".
Методы снижения расходной характеристики и изменения режимов работы дизелей по условиям эксплуатации
Это вызовет не только увеличение тепловых нагрузок деталей, но и снижение коэффициента избытка воздуха (а), и как следствие снижение надежности дизеля, рост расхода топлива и дымности выхлопа.
На отечественных железных дорогах в грузовом магистральном движении подавляющее большинство составляют двух и более секционные тепловозы. На таких локомотивах для изменения распределения Nc=f(T) может быть применена так называемая секционная тяга [15], Она позволяет трансформировать режимы работы отдельных силовых установок многосекционного тепловоза путем перераспределения мощности между дизелями. Суть ее заключается в том, что при нагрузках до Vi Ne nwn тепловоз переводится на тягу одной секцией. Это вдвое увеличивает мощность "ведущего" дизеля и значительно снижает gc, так как происходит перемещение режима работы ДГ по расходной характеристике в зону меньших удельных расходов.
Побочными положительными моментами от применения секционной тяги могут считаться улучшение условий труда локомотивных бригад и улучшение состояния выхлопных трактов дизелей. При работе тепловоза с невысокими нагрузками выхлопной тракт дизеля подвержен закоксовыванию. В случае секционной тяги холостой ход периодически разгружаемого дизеля постоянно чередуется с работой под относительно высокой нагрузкой, т.к. при движении тепловоза в обратном направлении этот дизель будет работает как ведущий на повышенных позициях контроллера машиниста» Периодическая работа дизеля с относительно высокой нагрузкой приводит к выгоранию нагара и как следствие, к повышению пожаробезопасное и снижению расхода топлива, а также облегчает мойку и очистку деталей при ремонте.
Ma форсированных по наддуву дизелях, к которым относятся и Д49, наблюдается резкое повышение расхода топлива на малых нагрузках. Это повышение обусловлено снижением на этих режимах КПД турбокомпрессора, рассчитанного для работы на режимах, близких к Ncnom. Чем больше форсирование, тем уже зона высокого КПД турбокомпрессора [16]. Т.к. повышение настройки характеристики Ne-fft ) приводит к увеличению форсировкн, то, что бы обеспечить работу дизеля в узкой зоне высокого КПД, необходимо улучшать характеристики и стабильность работы в эксплуатации системы регулирования силовой установки.
Анализ отечественных и зарубежных исследований показал, что существенно улучшить качество систем объединенного регулирования дизель-генератора можно за счет перехода с гидромеханической на микропроцессорную базу [17, 18]. В силу программного задания алгоритмов функционирования регуляторов, микропроцессорная система позволяет обеспечить стабильное поддержание характеристик в процессе эксплуатации и не потребует настройки на ТО и ТР. Помимо этого, программное задание позволяет задавать мощностные характеристики с "любым видом кривой", в том числе и по условию наибольшей экономичности, что ранее, при гидромеханической системе регулирования, было невозможно.
В последние годы были созданы и проверены на железных дорогах России несколько микропроцессорных систем управления силовыми установками тепловозов. Это "МАРС1 (АОЗТ "Димикрос"), система регулирования и защит дизеля СКРЗД1 (ОАО ХК "Коломенский завод"), автоматическая система управления АСУБ "Локомотив" и унифицированная система тепловозной автоматики УСТА (ФГУП ВНИКТИ), электронный регулятор частоты и мощности ЭРЧМЗО (ООО "ППП Дизельавтоматика"). Некоторые из этих систем, например ЭРЧМЗО и УСТА, уже серийно внедряются.
В связи с этим в настоящее время существенно расширяются возможности по реализации различных алгоритмов управления и появилась острая необходимость в разработке новых.
Как уже упоминалось, одним из наиболее эффективных методов снижения расхода топлива дизелем является изменение (повышение) тепловозной хараісгеристики No=f(n;i) дизель-генератора. Обычно считают [7, 8, 10], что для достижения минимального удельного расхода топлива тепловозом (gk) при любом режиме работы достаточно обеспечить расположение характеристики Nc=fl n как можно ближе к экономической характеристике дизеля. При таком подходе не учитывается то обстоятельство, что затраты энергии на привод вспомогательного оборудования большинства серийных тепловозов, в т.ч. и 2ТЭ116, в значительной степени зависят от частоты вращения коленчатого вала дизеля. Зависимость эта имеет нелинейный характер. Так как суммарные затраты энергии на некоторых режимах могут достигать 12 - 15 % от Nc nom, то они существенно влияют на удельный расход топлива gk. В связи с этим потребовалось проанализировать влияние настройки тепловозной характеристики дизель-генератора на расход топлива тепловозом и определить новую настройку Ыс=(пд), которая позволила бы снизить расход без снижения надежности.
Первый опыт использования секционной тяги это применение опытной системы СУСТ (Система управления секционной тягой ВНИИЖТ 1982 г,), которая подтвердила топливную эффективность этой идеи, но релейное устройство не могло обеспечить в полной мере реализацию требуемых алгоритмов управления этим режимом и была ненадежной в эксплуатации. Примененный алгоритм не учитывал влияния вспомогательных нагрузок на расходную характеристику тепловоза [19]. Использование СУСТ требовало от локомотивной бригады дополнительных действий- Алгоритм, примененный в микропроцессорной системе МСКУ-1 (Микропроцессорная система контроля, управления и технической диагностики ВИЙТИ 1988 г.) был более совершенен, но учитывал только изменение ge дизеля, а затраты на вспомогательные нужды [19] считались неизменными, в то время как выбор того или иного режима при секционной тяге в существенной степени зависит от текущей вспомогательной нагрузки, а следовательно от температуры окружающей среды, тока тягового генератора и скорости движения поезда.
Ввиду внедрения на тепловозах 2ТЭ116 микропроцессорных систем регулирования появилась возможность повысить эффективность применения асинхронного нагружения секций- Для этого следует найти такой порядок и уровень загрузки каждой силовой установки, при котором расход топлива локомотивом был бы минимальным.
Расчет переходных процессов, расхода топлива и изменения мощности силовой установки
Снижение удельного расхода топлива может быть, достигнуто как повышением тепловозной характеристики Nc=f(na), т.е. увеличением мощности дизеля при существующих частотах вращения коленчатого вала, так и снижением частоты при сохранении мощности. При этом механический КПД дизеля, определяющийся конструкцией двигателя и скоростью вращения вала (см. выражение 2.64), существенно возрастает.
Если рассматривать не отдельно силовую установку, а весь тепловоз как взаимосвязанную энергетическую систему, то становится очевидным, что наиболее эффективной будет не "экономическая" настройка а некоторая настройка лежащая левее, т.к. затраты энергии на привод вспомогательного оборудования большинства серийных тепловозов, в т.ч. и 2ТЭ116, в значительной степени зависят от частоты вращения коленчатого вала дизеля. Зависимость эта имеет нелинейный характер, а так как суммарные потери мощности на некоторых режимах могут достигать 12 + 15 % от номинальной мощности Nc лот то они существенно влияют на удельный расход топлива тепловозом gk. Дальнейшее понижение скоростной настройки (уход влево от экономической кривой см, рис. 3.1) позволяет при некотором повышении удельного расхода дизелем gc снизить затраты энергии на работу вспомогательного оборудования, причем до определенного момента снижение это будет более существенно, чем повышение расхода дизелем.
Для оценки эффективности смещения настройки Ne = ґ(пд) был выполнен расчет. На поле тепловозных характеристик с нанесенными кривыми удельных расходов дизель-генератора gc (рис. 3.1) были построены кривые удельных расходов приведенных к касательной мощности gk. Указанные настройка дизель-генератора Nc = Ґ(Пд) и характеристики gc получены при стендовых испытаниях ДГ на Коломенском заводе [39]. Затраты энергии на потери в тяговой цепи и на вспомогательные нагрузки в зависимости от частоты вращения вала дизеля приняты такими же как и в п. 2.3.К Расчет выполнен по следующей технологии - выбирается какая то точка на одной из расходных кривых (в ней получаются известными эффективная мощность Nc, удельный расход gc и обороты пл). По значению пд определяются затраты на вспомогательные нагрузки, а по мощности Ne потери в передаче, соответственно рассчитывается касательная мощность. Тж. в данной точке удельный расход gc уже известен, то определяется удельный расход секции тепловоза gk.
Однако смещение характеристики влево (см, рис, 3.1) и приближение её к ограничительной кривой помимо снижения расхода топлива тепловозом может привести к некоторому снижению надежности дизеля вследствие повышения теплонапряженности деталей цилиндро-поршневой группы и турбокомпрессора. Кроме того, это ограничено необходимостью обеспечения теплоотвода от агрегатов дизель-генератора и тяговых электрических машин.
Анализ показывает, что оптимальная по эксплуатационным затратам на тепловоз настройка Ne — пд) находится между серийной и ограничительной (ближе к ограничительной) характеристиками дизель-генератора.
Коломенским заводом совместно в ходе работ по созданию дизель-генератора 1А-9ДГ третьего исполнения была определена новая настройка тепловозной характеристики Nc = Ґ(пд). По положительному опыту эксплуатации дизель-генераторов 1А-9ДГ третьего исполнения было предложено распространить новую настройку тепловозной характеристики и па уже эксплуатируемые дизели тепловозов серии 2ТЭ116. Реализация повышенной характеристики на существующем парке 2ТЭ116 стала возможной в связи с появлением микропроцессорных программируемых систем управления, которые могут обеспечить автоматическую корректировку характеристики ДГ для поддержания температур теплоносителей дизеля в заданных пределах- Как видно на рис. 3.2, предложенная характеристика лежит значительно выше характеристики серийного 1А-9ДГ исп. 2, но достаточно далеко от ограничительной кривой.
В ходе проведения стендовых испытаний [39] усовершенствованного опытного дизель-генератора ІА-9ДГ №20 выяснено, что новая настройка характеристики, в сочетании с электронной системой регулирования, не должна оказать существенного влияния на надежность дизеля и дымность его выхлопа. Так давление наддува повысилось во всем диапазоне тепловозной характеристики и, что особенно важно, в диапазоне от 0,25 Ne до номинальной мощности. Это обеспечило величину суммарного коэффициента избытка воздуха а на малых нагрузках не ниже 2,0 » а при переходных процессах ниже 1,3 (рис. 3,3),
Предлагаемая настройка тепловозной характеристики и ее влияние па надежность дизеля
Для предотвращения сильных рывков или провалов силы тяги переход с синхронного на асинхронное нагружение должен осуществляться следующим образом: ведущая секция наращивает мощность дизель-генератора темпом около 45 КЇ7С до значения соответствующего текущей уставке (по табл. 3.2), а ведомая снижает мощность тем же темпом до 0 кВт. При достижений ведомой секцией минимальной мощности, она должна быть переведена в режим холостого хода. Перед переходом па синхронное нагружение на ведомой секции необходимо снизить мощность тягового генератора до 0 кВт, включить поездные контакторы и далее увеличивать мощность заданным темпом (& 45 кВг/с) до значения соответствующего уставке. Переход с тяги одной секцией на две должен осуществляться обратным порядком. Переход на тот или иной режим нагружения может быть разрешен, если машинист задержался па данной позиции не менее 5 сек.
Предложенный алгоритм совместной работы силовых установок двухсекционного тепловоза должен выполняться до возникновения определенных ограничений- К таким ограничениям могут быть отнесены наличие буксования и большой ток тягового генератора [15], При тяге одной секцией безусловный переход па синхронный режим работы должен быть осуществлен если: - в течении 10 и более секунд величина выпрямленного тока тягового генератора превышает 90 % от максимально допустимого значения; - более 15 мин ток тягового генератора выше длительного значения; - было многократное (более 5 раз в течении последних 30 сек или не прекращающимся в течении 30 сек) срабатывание реле буксования РБ1ТРБ2; - скорость движения поезда меньше 20,0 кГ7ч. Эти ограничения действуют: по току — пока удвоенное значение текущей величины тока тягового генератора не будет ниже или равно току длительного режима, по буксованию - пока в течении 2х мин не будет ни одного срабатывания РБ1 или РБ2. В случае безусловного перехода синхронный режим работы секций должен сохраняться до первого перевода контроллера машиниста на нулевую позицию. При аварийном сбросе нагрузки ведущей секции также должен произойти безусловный переход на синхронное погружение.
Численная оценка эффективности предлагаемой настройки тепловозной характеристики дизель-генератора и применения секционной тяги выполнена путем сравнения на математической модели суммарного расхода натурного топлива за поездку по серийному и предлагаемому вариантам.
Для выполнения численной оценки эффективности предлагаемой характеристики Nc-f(nA) и нового алгоритма управления асинхронным нагружением секций в имеющуюся математическую модель были введены новые данные соответствующие предлагаемым решениям. Использованные при расчетах настройки характеристики Ыс=Г(пд) приведены в табл. 3.3. Помимо самой характеристики были введены соответственные параметры холостого и номинального режимов»
Подпрограмма управления секционной тягой составлена согласно алгоритма, приведенного в п. 3-2.5. Блок схема подпрограммы управления показана нарис. 3.16,
Работа подпрограммы осуществляется следующим образом, В блоке 1 в зависимости от значения признака текущего режима (пЛОк=2 - синхронная работа, rw=I — асинхронная работа) определяется "направление" следующего перехода - на синхронный или асинхронный режим нагружения. Если текущая мощность тягового генератора (блоки 2 н 3) выходит за пределы, назначенные для текущего режима, то признаку режима плок присваивается новое значение и задаются соответствующее параметры работы силовой установки (блоки 4 и 5), Заложенный алгоритм управления секционной тягой также обеспечивает обязательный переход на синхронное нагружение если величина тока тягового генератора превышает 90 % от максимально допустимого значения (принято IGmax=5500 А) или текущая скорость движения поезда V 20,0 ш/ч.
Сравнительные расчеты были проведены для трёх типов грузовых поездов, В настоящее время на тепловозном полигоне сети железных дорог среднестатистический вес грузового поезда составляет брутто 3049 т. [40], В качестве "среднего" принят близкий к среднестатистическому поезд весом 3000 т. состоящий из 45 вагонов, в качестве "легкого" принят поезд весом 1000 т. и 10 вагонов, а в качестве "тяжелого" 5000 т. и 58 вагонов. Для обеспечения адекватности получаемых результатов все расчеты выполнены при следующих условиях: - участковая скорость Ул=50,0 км/ч, - разгон поезда двумя секциями на 15ой позиции контроллера машиниста; - весовые нормы и длины профилей в обоих направлениях равны. На рисунках 3.17 - 3.19 показаны примеры работы математической модели с разными весами поездов и на разных профилях пути. Результаты сравнительных расчетов приведены в табл. 3.4, а итоговые значения экономии дизельного топлива за поездку (ДВ) по типам профилей и весам поездов в табл. 3.5,
Работа электронной системы на холостом ходу дизель-генератора
Электромагнитному вращающему моменту противодействует момент, создаваемый спиральной пружиной 2, который пропорционален углу поворота вала 9. Вследствие этого каждому значению тока, протекающего по катушке 8, однозначно соответствует определенный угол поворота вала 9. При изменении тока катушки 8 от 0 до ЗА угол поворота вала 9 изменяется от 0 до 32 . Если ток катушки 8 увеличивается, то рычаг поворотного электромагнита на рис, 4.3- стремится повернуться по часовой стрелке.
Конструкция поворотного электромагнита Пусть па рис. 4,3 изображено равновесное состояние подвижных частей ИУ, соответствующее некоторой силе тока, протекающего по катушке поворотного электромагнита. Если ток упомянутой катушки увеличится, то рычаг электромагнита повернется по часовой стрелке на угол, определяемый новым значением тока катушки. При этом золотник сместится вниз и его рабочая кромка откроет доступ маслу от масляного насоса под поршень сервомотора, в результате чего давление на его обе стороны будет одинаковым- Но так как площадь нижней части поршня больше» чем верхней, то он начнет перемещаться вверх, поворачивая силовой вал, который в конечном итоге через систему тяг и рычагов будет перемещать рейки топливных насосов на увеличение цикловой подачи. Одновременно будет происходить перемещение пверх подвижного штока датчика положения и золотника. Как только золотник займет первоначальное положение, его рабочая кромка перекроет доступ масла под поршень сервомотора и он остановится в новом положении. При уменьшении тока катушки поворотного электромагнита перечисленные перемещения происходят в обратном порядке.
Датчик положения имеет катушку, по которой протекает переменный ток высокой частоты, окруженную экраном, механически связанным с его подвижным штоком. Если экран смещается относительно катушки, то изменяется ее индуктивное сопротивление. Величина этого сопротивления является сигналом, пропорциональным углу поворота силового вала, то есть фактически положению реек топливных насосов высокого давления.
Датчики частоты и давления Устройство датчика частоты вращения коленчатого вала дизеля представлено па рис. 4.4. В корпусе 1 размещается обмотка 2 с сердечником 33 выполненным в виде постоянного магнита. Выводы 6 обмотки 2 соединены с контактами блочной части 4 двухштырькового штепсельного разъема. С целью повышения надежности конструкция датчика неразборная, так как после сборки его внутренние полости заливаются эпоксидным компаундом.
Работа датчика основана на принципе электромагнитной индукции. При приближении ферромагнитной детали к торцу сердечника 3 происходит нарастание магнитного потока, протекающего через сердечник в осевом направлении. Нарастание магнитного потока индуцирует ток прямого (условно) направления в обмотке 2- При удалении ферромагнитной детали от торца сердечника 3 происходит снижение магнитного потока в сердечнике, индуцирующее в обмотке 2 ток обратного направления. На тепловозе 2ТЭ116 в качестве упомянутых ферромагнитных деталей используются зубья муфты, соединяющей коленчатый вал дизеля и ротор тягового генератора. Торец сердечника 3 при этом устанавливается на расстоянии 0,8 1,0 мм от наружной поверхности упомянутых зубьев. При прохождении их около торца сердечника в обмотке 2 индуцируется ток с частотой, равной частоте следования зубьев. Величина тока, индуцируемого в обмотке 2 прямо пропорциональна частоте следования зубьев (скорости изменения магнитного потока). При этом коэффициент пропорциональности определяется величиной минимального зазора между торцом сердечника 3 и вершиной зуба. Чем меньше этот зазор, тем больше величина тока при фиксированной частоте следования зубьев и в большей степени увеличивается амплитуда выходного сигнала датчика с увеличением частоты следования зубьев. Датчик обеспечивает действующее значение выходного напряжения, измеренное на нагрузочном резисторе величиной 100±!0 кОм при воздушном зазоре между вершиной зуба и сердечником, равном 0,9 мм и частоте следования зубьев, равной 1200 Гц, не менее 0,8 В. Датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора устроен аналогично.
В качестве датчика давления наддува применяется преобразователь давления КРТ-СТ-0,25-0,5-М, а в качестве датчика давления масла -преобразователь КРТ-СТЧ, 6-1-М. Конструкция и принцип действия датчиков одинаковы. Датчик давления наддува измеряет избыточное давление в диапазоне 0 0,25 МПа (0 2,5 кго/см2) а датчик давления масла измеряет избыточное давление в диапазоне 0 - 1,6 МПа (0 16 кгс/Сн3). Оба датчика имеют стандартный токовый выход 4- -20 мА, кнопок, и выводимой, информации. Кнопки управления предназначены для переключения режимов просмотра, изменения содержимого ячеек запоминающего устройства, определения и установки некоторых параметров работы дизеля (далее просто режимов). Назначение отдельных кнопок управления указано на рис.4.5.
Номер режима и подрежима высвечивается на третьем и четвертом индикаторах нижнего ряда при нажатой кнопке 1 или 2. При нажатии на любую из этик кнопок на нижнем ряду индикаторов высвечивается:
