Саранск, Республика Мордовия, Россия
Республика Дагестан, Россия
Саранск, Республика Мордовия, Россия
Саранск, Республика Мордовия, Россия
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
Цель исследований – повышение работоспособности контрольно-регистрирующей системы переходных процессов в двигателях внутреннего сгорания. Современные исследования в области по-строения систем регистрации быстропротекающих процессов в двигателях внутреннего сгорания, используемых при разработке передовых диагностических комплексов, а также при разработке частных методик испытания, нельзя создать без применения современных программных комплексов и аналого-во-цифровых преобразователей. Особый интерес представляют исследования, связанные с адаптацией испытательных стендов для целей диагностики и расширения функциональных возможностей регистрации быстро протекающих процессов. В процессе научного поиска на кафедре мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин имени профессора А. И. Лещанкина института механики и энергетики создан комплекс, позволяющий регистрировать переходные процессы в двигателях внутреннего сгорания на базе аналого-цифрового преобразователя Л-КАРД E14-140 и программного комплекса POWER GRAPH. Опыт построения системы при создании научно-исследовательского оборудования кафедры показывает, что создание надежных средств испытания можно осуществить на базе оборудования ГОСНИТИ за счет внедрения контрольно-регистрирующей аппаратуры, улучшающей и расширяющей функциональные свойства стендов. Получены записи изменения частот вращения вала турбокомпрессора, вала двигателя внутреннего сгорания, крутящего момента в переходных процессах вы-бега двигателя с частотой опроса аналого-цифрового преобразователя 100 кГц при максимально возможной частоте дискреции 200 кГц для используемого оборудования, при этом частота опроса аналогоцифрового преобразователя многократно превосходила исследуемый сигнал. Погрешности измерений регистрируемых процессов составили не более 1%.
двигатель, регистрация, система, комплекс, преобразователь, характеристика, диагностирование
Современные разработки в области построения систем регистрации быстропротекающих процессов в ДВС зачастую основываются на адаптации типовых программных комплексов и аналого-цифровых преобразователей (АЦП) к конкретным условиям испытаний. На рынке представлен огромный выбор данных систем с различной элементной базой, однако подбор их для построения индивидуальных систем требует дополнительных проверок.
В процессе научного поиска на кафедре мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин имени профессора А. И. Лещанкина института механики и энергетики на базе аналого-цифрового преобразователя Л-КАРД E14-140 и программного комплекса POWER GRAPH было разработано устройство для регистрации быстропротекающих процессов в ДВС, и, в частности, переходных процессов частот вращения вала двигателя и ротора турбокомпрессора.
Цель исследований – повышение работоспособности контрольно-регистрирующей системы переходных процессов в двигателях внутреннего сгорания.
Задача исследований – разработать контрольно-регистрирующую систему переходных процессов в двигателях внутреннего сгорания.
Материалы и методы исследований. В данной работе в качестве АЦП выбран преобразователь Л-КАРД Е14-140 (рис.1).
|
|
|
Рис. 1. Внешний вид модуля E14-140 |
Модуль E14-140 предназначен для построения многоканальных измерительных систем сбора аналоговых и цифровых данных. Модуль имеет малые габариты, удобен для организации полевых измерений, требующих высокую степень мобильности. Модуль E14-140 внесён в Государственный реестр средств измерений.
Работоспособность разработанной системы проверялась во время экспериментальных исследований, где были использованы аналоговые датчики. Для измерения частоты вращения вала турбокомпрессора (ТКР) был разработан оптический датчик; для цели определения частоты вращения вала двигателя был использован штатный датчик обкаточно-тормозного стенда КИ-5543
ГОСНИТИ; для определения крутящего момента был разработан модуль, регистрирующий
положение рычага балансировочной машины, состоящий из корпуса, датчика НРК1-8 и блока питания. Подключение датчиков к АЦП было осуществлено в соответствии со схемой распиновки каналов для аналогового разъема АЦП (рис. 2).
Рис. 2. Распиновка аналогового разъема АЦП Е-14-140
Для датчика частоты вращения вала турбокомпрессора были задействованы пины Х1, Y1 и AGND, для датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя – Х2, Y2 и AGND, для модуля регистрации положения рычага балансировочной машины – Х3, Y3 и AGND.
При экспериментальной проверке системы регистрации параметров переходного процесса в ДВС большую роль играет методика обработки исходного сигнала. Например, при визуализации параметров процесса выбега турбокомпрессора обработка исходного сигнала может быть реализована по одному из двух методов:
1. Преобразование частоты входного сигнала в напряжение выходного сигнала и последующая регистрация его на ПК с помощью аналого-цифрового преобразователя;
2. Регистрация исходного сигнала на ПК с помощью аналого-цифрового преобразователя и последующая обработка сигнала с помощью программных средств.
Обработка сигнала программными средствами имеет ряд преимуществ по сравнению с внешним преобразованием входного сигнала: отсутствует дополнительный модуль преобразования; стабильность частоты опроса сигнала; более высокая точность измерений.
Однако, обработка сигнала в программной среде требует более высокой квалификации и предусматривает выполнение следующих процессов: запись сигнала; разбивка сигнала на участки (импульсы); преобразование сигнала и построение графика изменения частоты сигнала во времени;
калибровка сигнала.
Упрощенная блок-схема контрольно-регистрирующей системы переходных процессов представлена на рисунке 3.
Проверка функционирования системы было проведено во время испытаний на двигателе ММЗ Д-245 с установленным турбокомпрессором ТКР-6.1, имитация рабочих режимов осуществлялась на обкаточно-тормозном стенде КИ-5543 ГОСНИТИ.
Результаты исследований. Методика проведения экспериментальных исследований включала в себя получение характеристик выбега только на работающем двигателе с целью исключения случаев вращения вала турбокомпрессора в условиях недостаточной смазки.
Характеристики выбега. В ходе исследования работоспособности контрольно-регистрирующей системы были получены характеристики выбега турбокомпрессора ТКР-6.1 для максимальных оборотов холостого хода Д-245-35 nдвс=2340 мин-1 и резком перемещении рычага подачей топлива в положение, соответствующее минимально устойчивым оборотам двигателя
Д-245-35, при этом была получена характеристика выбега с начальной частотой вращения вала ТКР 62530 мин -1 и конечной – 20750 мин-1, изменение частоты вращения вала турбокомпрессора в данном диапазоне произошло за 5,69 с. При этом изменение частоты вращения с 50000 до 40000 мин-1 произошло за 1,288 секунды (рис. 4).
|
|
|||||||
|
Рис. 3. Блок-схема контрольно-регистрирующей системы переходных процессов |
|
|
||||
|
Рис. 4. Результаты контроля параметров переходного процесса
Характеристика выбега турбокомпрессора ТКР-6.1 с начальными параметрами, полученными под нагрузкой ДВС Д-245-35 – nдвс=1978 мин-1, крутящий момент на валу ДВС Мкр= 357 Н×м, при этом была получена характеристика выбега с начальной частотой вращения вала ТКР 103000 мин-1 и конечной – 36000 мин-1, изменение частоты вращения вала турбокомпрессора в данном диапазоне произошло за 9,8 сек. При этом изменение частоты вращения с 50000 до 40000 мин-1 произошло за 1,164 секунды (рис. 5). |
||||
|
|
||||
|
Рис. 5. Результаты контроля параметров переходного процесса |
Заключение. Построение контрольно-регистрирующей системы переходных процессов в ДВС на базе аналого-цифрового преобразователя Л-КАРД E14-140 и программного комплекса POWER GRAPH расширяет функциональные возможности стендовых испытаний ДВС. В качестве подтверждения работоспособности разработанной контрольно-регистрирующей системы получены записи изменения частот вращения вала ТКР, вала ДВС, крутящего момента в переходных процессах выбега двигателя с частотой опроса АЦП 100 кГц при максимально возможной частоте
дискреции 200 кГц для используемого оборудования, при этом частота опроса АЦП многократно превосходила исследуемый сигнал. Погрешности измерений регистрируемых процессов составили не более 1%.
1. Иншаков, А. П. Методы оценки работоспособности систем газотурбинного наддува автотракторных двигателей : монография / А. П. Иншаков, И. И. Курбаков, А. Н. Кувшинов. - Саранск : Национальный иссле-довательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва, 2015. - 124 с.
2. Пат. 145761 U1 РФ, МПК G01P 3/00 Устройство для измерения частоты вращения вала турбокомпрес-сора / Иншаков А. П., Курбаков И. И., Кувшинов А. Н., Корнаухов О. Ф. - №2013157453/28 ; заявл. 24.12.13 ; опубл. 27.09.14.
3. Малкин, В. С. Техническая диагностика : учебное пособие. - СПб. : Лань, 2013. - 272 с.
4. Прокопенко, Н. И. Экспериментальные исследования двигателей внутреннего сгорания : учебное по-собие. - СПб. : Лань, 2010. - 592 с.
5. Иншаков, А. П. Определение неисправностей газотурбинного наддува двигателя / А. П. Иншаков, А. Н. Кувшинов, И. И. Курбаков [и др.] // Сельский механизатор. - 2018. - № 1. - С. 34-35.
6. Иншаков, А. П. Информационные средства для повышения надежности использования мобильной тех-ники / А. П. Иншаков, С. С. Капитонов, В. А. Филин [и др.] // Сельский механизатор. - 2018. - № 1. - С. 41-43.
7. Иншаков, А. П. Определение загрузки автотракторного дизеля с газотурбинным наддувом по темпера-туре отработавших газов и частоте вращения вала турбокомпрессора / А. П. Иншаков, И. И. Курбаков, М. С. Курбакова, С. А. Гаранин // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2018. - № 4. - С. 57-63.
8. Иншаков, А. П. Испытательный стенд для проверки работоспособности турбокомпрессоров автотрак-торных двигателей / А. П. Иншаков, И. И. Курбаков, М. С. Курбакова, С. А. Ладиков // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2018. - № 4. - С. 63-70.
9. Иншаков, А. П. Проверка системы наддува непосредственно на двигателе в сборе без запуска ДВС / А. П. Иншаков, И. И. Курбаков, М. С. Курбакова [и др.] // Вестник Рязанского государственного агротехноло-гического университета им. П. А. Костычева. - 2018. - № 4 (40). - С. 89-93.
10. Иншаков, А. П. Использование динамических характеристик двигателя и турбокомпрессора для диа-гностирования систем газотурбинного наддува / А. П. Иншаков, И. И. Курбаков, М. С. Курбакова // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2017. - № 3. - С. 34-39.
11. Иншаков, А. П. Диагностика на модернизированном стенде КИ-5543 ГОСНИТИ турбокомпрессора ТКР 6.1 с двигателем Д-245 / А. П. Иншаков, И. И. Курбаков, А. Н. Кувшинов [и др.] // Сельский механизатор. - 2016. - № 9. - С. 34-35.
12. Иншаков, А. П. Выбор средств технического диагностирования двигателей / А. П. Иншаков, А. Н. Кув-шинов, И. И. Курбаков, Д. В. Байков // Сельский механизатор. - 2015. - № 8. - С. 32-33.
13. Коларж, С. А. Повышение качества контроля организационно-технологических процессов уплотнения щебеночного балласта при производстве путевых ремонтно-восстановительных работ : дис. … канд. техн. наук : 05.02.22 / Коларж Сергей Александрович. - Новосибирск : Сибирский ГУПС, 2019. - 135 с.
14. Орлов, С. В. Повышение эффективности шлифования торцов колец крупногабаритных подшипников путём управления осевой упругой деформацией : дис. … канд. техн. наук : 05.02.07 / Орлов Сергей Василь-евич. - Волгоград : Волгоградский государственный технический университет, 2014. - 153 с.
15. Устройства для мобильных систем Е14-140, Е14-140-М. Руководство пользователя [Электронный ре-сурс]. - Режим доступа: http://www.platan.ru/pdf/datasheets/lcard/e14-140_Manual.pdf
