Расчёт системы автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля - Транспорт курсовая работа

Главная

Транспорт
Расчёт системы автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля

Двигатель внутреннего сгорания как объект регулирования, статическая и динамическая характеристика. Расчёт регулятора, его динамика. Обороты вала двигателя на холостом ходу. Структурная схема системы регулирования частоты вращения вала двигателя.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Современные двигатели внутреннего сгорания широко оснащены средствами автоматического регулирования и управления. Дизели, как правило, оборудованы системой автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала. Система автоматического регулирования обеспечивает: оптимальные условия эксплуатации дизеля, надежную работу, противоаварийную защиту, снижение эксплуатационных расходов топлива, увеличение ресурса работы дизеля, снижение токсичности отработавших газов. Наблюдается тенденция к увеличению объёма автоматизации ДВС. Уровень автоматизации главным образом зависит от условий эксплуатации двигателей и в каждом конкретном случае определяется техническими и экономическими показателями.
В курсовой работе произведён расчёт системы автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля.
Таблица 1 - Параметры двигателя внутреннего сгорания
Приведённый момент инерции двигателя и потребителя.
Таблица 2 - Параметры топливного насоса
Полный ход рейки топливного насоса.
Ход рейки в пределах регуляторной характеристики.
Коэффициент характеристики топливного насоса.
Коэффициент характеристики топливного насоса.
Геометрические размеры автоматического регулятора:
Таблица 3 - Параметры автоматического регулятора
Степень нечувствительности на номинальном режиме.
Степень неравномерности на номинальном режиме.
Фактор торможения на номинальном режиме.
Степень неравномерности на минимальном режиме.
Передаточное отношение повышающей передачи.
Таблица 4 - Приведение массы элементов регулятора и ТНВД
Масса рейки и плунжеров, приведённая к оси движения рейки и отнесённая к одной секции ТНВД.
Приведённая масса рычагов, пружин и муфт, % от приведённой массы грузов.
1. Двигатель внутреннего сг орания как объект регулирования
1.1 Статистические характеристики двигателя внутреннего сгорания
Если частота вращения коленчатого вала - регулируемый параметр,то статическими характеристиками двигателя являются его внешняя и скоростная характеристики.
Внешняя скоростная характеристика двигателя может быть рассчитана по эмпирической формуле:
-соответственно текущий, номинальный и максимальный крутящий момент двигателя, Н•м.
-соответственно текущая и номинальная частота вращения коленчатого вала, об/мин.
Характеристика потребителя , необходимая для нахождения фактора устойчивости объекта регулирования, определяется по формуле:
Составим таблицу значений функций и и построим эти зависимости графически(см. рис. 1).
Рис. 1 - Графическое определение фактора устойчивости объекта регулирования
Фактор устойчивости двигателя на номинальном режиме определяется по формуле:
где - угловая частота вращения коленчатого вала, об/мин
где - приращение крутящего момента двигателя и сопротивления соответственно, Н•м.
об/мин - приращение частоты вращения.
Фактор устойчивости можно определить и графическим методом (см. рис. 1).При этом
Ошибка определения графическим методом:
1. 2 Динамические характеристики двигателя внутренн его сгорания
Динамические свойства регулируемого объекта проявляются на неустановившихся режимах работы и оцениваются анализом дифференциальных уравнений, описывающих объект регулирования как динамическое звено.
Если регулируемый параметр - угловая частота вращения коленчатого вала двигателя, то уравнение движения двигателя при отсутствии перенастройки потребителя имеет вид:
где ,-собственный оператор объекта регулирования;
,-безразмерная величина регулируемого параметра;
-отклонение угловой скорости вала двигателя от её значения на заданном равновесном режиме, определяемом угловой скоростью ;
- безразмерная величина перемещения рейки топливного насоса;
- отклонение рейки топливного насоса от её положения на равновесном режиме, определяемом её координатой ;
- коэффициент самовыравнивания двигателя.
Время двигателя при отсутствии регулятора для номинального режима определяется по формуле:
где J- приведённый к оси вращения коленчатого вала момент инерции двигателя и связанных с ним агрегатов, кг•м?(см. таб. 1);
- коэффициент, характеризующий интенсивность изменения крутящего момента двигателя по мере изменения входной координаты;
- угловая скорость на номинальном режиме, с.
Коэффициент определяется по формуле:
Коэффициент самовыравнивания двигателя:
, объект регулирования обладает положительным самовыравниванием.
Если объект регулирования получил возмущение не в виде перемещения регулируемого органа, а в виде начального отклонения регулируемого параметра, то переходный процесс описывается выражением:
При возмущении объекта регулирования перемещением регулирующего органа на постоянную величину переходный процесс определяется выражением:
Принимая и построим переходные процессы объекта регулирования (см. рис. 2).
Рис. 2 - Переходные процессы объекта регулирования
Уравнение движения объекта регулирования (1.7) позволяет получить уравнение его передаточной функции:
После подстановки в уравнение (1.14) вместо оператора получаем уравнение амплитудно-фазовой частотной характеристики объекта:
Выражение (1.15) позволяет записать расчётные формулы вещественных и мнимых частотных характеристик (см. рис. 3):
Рис. 3 - Действительная и мнимая частотные характеристики
Выражение (1.15) также позволяет записать расчетные формулы амплитудных и фазовых частотных характеристик (см. рис. 4 - 5).
Рис. 4 - Амплитудная частотная характеристика объекта регулирования
Рис. 5 - Фазовая частотная характеристика объекта регулирования
Характеристики (рис. 1.4 - 1.5) позволяют построить амплитудно-фазовую характеристику (см. рис. 1.6). Рассмотренные зависимости позволяют оценить основные динамические свойства двигателя как объекта регулирования.
Рис. 6 - Амплитудно-фазовая частотная характеристика объекта регулирования
2. Статические и динамические характеристики автоматического регулятора прямого действ ия
Статическим расчётом регулятора определяются его основные размеры и статические характеристики.
При расчёте регулятора известен полный ход рейки топливного насоса =16мм. (см. таб. 2). И ход рейки в пределах регуляторной характеристики =14мм., а также размеры рычага и радиусы
Размеры и должны удовлетворять равенству:
где - ход муфты регулятора в пределах регуляторной характеристики.
Конструктивный ход муфты включает запас на полное выключение топлива и максимальную подачу его при перегрузке двигателя и выбирается в пределах:
Для улучшения характеристик регулирования рекомендуется принимать более высокие значения номинального числа оборотов валика регулятора , но так, чтобы:
где - скорость вращения оси грузов относительно оси регулятора;
- расстояние между осями вращения измерителя и качания грузов;
где i=2,5 - передаточное отношение повышающей передачи от двигателя к регулятору (см. таб. 3).
Для топливных насосов золотникового типа сопротивление рейки f=0,3…0,4 Н на каждый плунжер. Принимаем f=0,35 Н.
Сила сопротивления рейки топливного насоса, приведённая к оси движения муфты:
Величина степени нечувствительности на номинальном режиме1,5%(см. таб. 3).
Восстанавливающая сила на номинальном режиме приведённая к муфте регулятора:
Уравнение статического равновесия регулятора на номинальном режиме имеет вид:
- угловая частота вращения валика регулятора;
Центробежная сила грузов на номинальном режиме:
- расстояние центра массы грузов до оси вала регулятора, мм.
Для упрощения расчетов пронимаем грузы регулятора шарообразной формы.
Из условия равенства моментов относительно оси качания грузов, можно записать:
Решая совместно уравнения (2.8) и (2.11) получим:
На основании уравнения (2.10) и (2.12)
Так как грузы имеют шарообразную форму, то радиус шара определяется как:
где - плотность материала груза,(=8000 кг/м?).
Максимальный радиус вращения грузов, соответствующий режиму максимальных оборотов холостого хода:
Для нахождения графической зависимости величины восстанавливающей силы , приведённой к центру тяжести груза от радиуса вращения груза необходимо оценить на номинальном режиме степень неравномерности регулятора, соответствующую режиму максимальных оборотов холостого хода.
Приведённая к центру тяжести грузов восстанавливающая сила на номинальном режиме:
Приведённая к центру тяжести грузов восстанавливающая сила на режиме максимальных оборотов холостого хода:
Минимальные обороты вала регулятора при работе двигателя по внешней характеристике:
где - минимальные обороты двигателя.
Степень неравномерности на минимальном скоростном режиме =40% (см. таб. 3).
Обороты вала двигателя на холостом ходу:
Восстанавливающие силы на режимах минимальных оборотов и минимальных оборотов холостого хода:
Характеристики (см. рис. 2.1) позволяют определить разность:
которая показывает изменение восстанавливающей силы регулятора, приведённой к центру тяжести груза, на номинальном регулируемом скоростном режиме при перемещении регулирующего органа от полной подачи топлива до подачи холостого хода. Тогда величина изменения восстанавливающей силы, приведённой к муфте регулятора, определится как:
Рис. 7 - Зависимости восстанавливающей силы и поддерживающей силы , приведенных к центру тяжести грузов от радиуса r для механического регулятора
Величина предварительной деформации пружины:
Равновесные характеристики являются основными статическими характеристиками регулятора (см. рис. 8). Каждой настройке регулятора соответствует
Рис. 8 - Равновесные характеристики регулятора для минимальной 1-2 и максимальной 3-4 затяжки пружины
К статическим характеристикам регулятора относится и фактор его устойчивости:
где А - инерционный коэффициент поддерживающей силы.
где Н - определяется из графика (см. рис. 2.1).
Динамические свойства регулятора для случая постоянства его настройки могут быть
исследованы с помощью уравнения движения регулятора:
где - собственный оператор регулятора,
и - безразмерные выходная и входная координата регулятора;
- время регулятора прямого действия;
- местная степень неравномерности регулятора.
Время регулятора на номинальном режиме:
где - приведённая к оси движения муфты масса деталей регулятора и топливного насоса, связанных в движении с регулятором;
где- приведённые массы грузов, пружины, муфты, топливного насоса и рычагов.
Время катаракта на номинальном режиме:
где - фактор торможения (см. таб. 3).
Местная степень неравномерности на номинальном режиме:
Уравнение передаточной функции регулятора имеет вид:
Тогда вещественная и мнимая частотные характеристики определяются по формуле:
По результатам построены графики (см. рис. 9-11).
Рис. 9 - Действительная частотная характеристика регулятора
Рис. 10 - Мнимая частотная характеристика регулятора
Рис. 11 - Амплитудно-фазовая частотная характеристика регулятора
Сводный переходный процесс регулятора (см. рис. 2.6) есть общий интеграл его дифференциального уравнения (2.33).
где и - корни характеристического уравнения:
константы интегрирования, значения которых зависят от начальных условий движения.
Чувствительный элемент должен быть всегда устойчивым ().
то переходный процесс регулятора будет апериодически сходящимся.
3. Система автоматического регулирования частоты вращения вала двигателя
САР прямого действия состоит из двух динамических звеньев: объекта регулирования и регулятора прямого действия (см. рис. 13).
Структурная схема звеньев позволяет изобразить структурную схему САР.
Для построения статической характеристики САР необходимо иметь статические характеристики объекта регулирования - внешние и скоростные, регулятора ,
а также координаты регулирующего органа, при которых снимались статические характеристики объекта. Можно также принять в основу построение статических характеристик САР значение степени неравномерности регулятора. В этом случае достаточно знать частоты вращения вала и моменты двигателя на установившихся режимах и на соответствующих режимах холостого хода.
3.3 Динамические характеристики САР
Динамические свойства САР характеризуются их дифференциальными уравнениями, решение которых дают математические выражения переходного процесса. Для получения дифференциального уравнения САР прямого действия необходимо совместно решить уравнения двигателя и регулятора, но при этом необходимо учесть обратное воздействие регулятора на двигатель. Для введения обратного воздействия достаточно знак входной координаты в уравнении движения объекта регулирования поменять на обратный:
Уравнение движения САР для случая отсутствия перерегулировок потребителя и регулятора в период протекания переходного процесса:
при исследовании работы систем регулирования целесообразно уравнениям двигателя придать нормированную форму.
Коэффициенты нормируемого уравнения и -безразмерные величины; они задаются критериями подобия САР.
Под устойчивостью системы автоматического регулирования системы понимают их способность поддерживать заданный регулируемый режим работы системы с определённой точностью и восстанавливать его в случае нарушения.
Наиболее просто оценить устойчивость САР можно по критериям устойчивости Рауза-Гурвица, А.В. Михайлова, по диаграмме И.А. Вышнеградского (см.рис. 3.3).
Согласно критериям Рауза-Гурвица процессы будут сходящимися, а система устойчивой, если все коэффициенты уравнения движения системы, главный определитель Гурвица и все диагональные миноры имеют положительный знак.
В частности, система третьего порядка будет устойчива, если
Вывод - рассматриваемая система устойчива.
Диаграмма И.А. Вышнеградского позволяет оценить не только устойчивость САР, но и качественно оценить характер переходного процесса. Для использования диаграммы необходимо знать критерии подобия нормированного дифференциального уравнения системы (3.8). Таких критериев два ( и ). Если характеристические точки ( и ) располагаются в первой и второй областях, то система устойчива, и наоборот.
В заключении можно сделать вывод о характере переходного процесса САР: переходный процесс данной системы автоматического регулирования является апериодически сходящимся.
1. Лаврик А.Н. Расчет системы автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля: Учебное пособие. - 1991. - 37 с.
2. Основы теории автоматического управления: Учебник для авиационных ВУЗов / В.С. Булыгин, Ю.С. Гришанин, Н.Б. Судзиловский и др. Под редакцией Н.Б. Судзилоывского. - М.: Машиностроение, 1985. - 512 с.
Характеристика изменений параметров двигателя во времени. Основные уравнения, описывающие динамическую работу регулятора. Математическая модель двигателя внутреннего сгорания. Структурная схема системы автоматического регулирования угловой скорости ДВС. курсовая работа [616,2 K], добавлен 23.03.2015
Обоснование типа регулятора скорости дизельного двигателя. Особенности расчета переходного процесса системы автоматического регулирования скорости. Номинальная частота вращения вала регулятора. Оценка устойчивости системы. Статический расчет регулятора. курсовая работа [826,0 K], добавлен 07.08.2013
Расчёт мощности и частоты вращения коленчатого вала двигателя автомобиля. Подбор передаточных чисел коробки передач. Тяговый баланс автомобиля. Расчёт внешней скоростной характеристики двигателя. Построение динамической характеристики автомобиля. курсовая работа [236,2 K], добавлен 12.02.2015
Судовой двигатель как объект управления и регулирования. Определение приведенного момента инерции двигателя. Построение скоростных статических характеристик мощности пропульсивного комплекса судна. Моделирование и оценка качества переходных процессов. курсовая работа [2,4 M], добавлен 10.06.2013
Расчет внешней скоростной характеристики двигателя. Определение минимальной частоты вращения коленчатого вала, крутящего момента двигателя. Расчет скорости движения автомобиля. Тяговая сила на ведущих колесах. Динамический фактор по сцеплению с дорогой. курсовая работа [238,1 K], добавлен 23.10.2014
Форс-мажорные обстоятельства в ходе морских перевозок. Режим работы неисправного дизеля при снижении скорости вращения коленчатого вала. Расчет экономического хода и режима нагрузки главных двигателей внутреннего сгорания при возникновении неисправностей. контрольная работа [407,1 K], добавлен 23.12.2010
Характеристика автомобиля ЗИЛ-131. Ремонтный чертеж коленчатого вала двигателя и условия его работы. Схема технологического процесса устранения группы дефектов коленчатого вала двигателя автомобиля. Расчет количества основного оборудования на участке. курсовая работа [1,2 M], добавлен 11.10.2013
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Расчёт системы автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля курсовая работа. Транспорт.
Реферат Линейные Цепи Постоянного Тока
Реферат: К истории русских в Монголии (до 1917 г.)
Реферат На Тему Коммуникации И Их Барьеры
Организация рекламной деятельности и пути ее повышения
Часы Работы Мрэо На Лабораторном 24 Спб
Сочинение На Тему Приятный День
Реферат: Трансформатор питания РЭА
Доклад по теме Формирование космических тел
Физкультурные Минутки И Физкультурные Паузы Реферат
Дипломная работа: Обработка изображений на основе аналоговых нейрокомпьютеров
Маятник Обербека Лабораторная Работа
Дипломная работа по теме Организация расчетно-кассового обслуживания физических лиц
Реферат: Техногенные опасности и защита от них
Реферат: Ноосфера - новая стадия эволюции биосферы
Реферат: Освоение Сибири 16-17 вв
Эссе Уроки Французского Распутин
Датчики и микроактюаторы на основе MEMS-технологий
Реферат На Тему Технология Монтажа Турбокомпрессоров
Реферат: Politic Regimes And Economic Changes Essay Research
Контрольная Работа 11 Экзамен
Особенности использования современных средств обучения иностранному языку - Педагогика курсовая работа
Правовое регулирование детского спорта в России (Детские спортивные школы как участники правоотношений) - Государство и право дипломная работа
Применение системы ортогональных функций Виленкина-Крестенсона для формирования OFDM сигнала - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника отчет по практике