CC BY
26
УДК623.438.3
О.И. Чикирев, O.I.Chikirev, e-mail: oleg-chikirev@yandex.ru П.М. Варлаков, P.M. Varlakov, e-mail: velena-00@mail.ru
A.С. Маркелов, A.S. Markelov, e-mail: asm2009@mail.ru
B.П. Погодаев, V.P. Pogodaev, e-mail: denispogodaev@mail.ru Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЕМ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК МНОГОЦЕЛЕВЫХ ГУСЕНИЧНЫХ И КОЛЕСНЫХ МАШИН
AUTOMATION CONTROL SYSTEM COOLING POWER PLANTS MULTIPURPOSE
TRACKED AND WHEELED VEHICLES
Одним из направлений при разработке и модернизации современной военной техники является разработка устройств позволяющих обеспечить максимальную степень автоматизации процессом управления машиной. Благодаря современной электронике, предлагаемая система позволяет значительно автоматизировать процесс управления жидкостной системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
One of the directions in the development and modernization of the modern military technology is the development of devices allowing to provide the maximum degree of automation of process control machine. Thanks to modern electronics, the proposed system can significantly automate the process of managing a liquid cooling system internal combustion engine.
Ключевые слова: автоматизированная система управления, датчик, жалюзи, система охлаждения
Keywords: automated control system, sensor, blinds, cooling system
На сегодняшний день, для эффективного охлаждения дизельной силовой установки применяют системы, состоящие из нескольких механизмов переноса тепла. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания есть совокупность устройств, обеспечивающих подвод охлаждающей среды к нагретым деталям двигателя и отвод от них в атмосферу излишков тепла. Система охлаждения пред-
назначена для поддержания оптимального теплового состояния двигателя в пределах определяемых его конструкцией. При сильном нагреве может произойти нарушение нормальных зазоров, и как следствие увеличение износа детали, заклинивание и поломка, а также снижение мощности двигателя, за счёт ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью. Выделяют три основных типа систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания: воздушная, жидкостная и гибридная [1].
В настоящий момент времени большинство двигателей многоцелевых гусеничных и колесных машин - четырехтактный, многотопливный дизель. Как и все двигатели внутреннего сгорания при работе выделяют тепло и имеет оптимальный диапазон рабочих температур в пределах 70-100 °С (±10 °С). В этих условия между сопряженными узлами механизмов двигателя образуются расчетные зазоры, создаются наилучшие условия для их смазки, с двигателей снимается наибольшая мощность. В современных системах, для охлаждения таких двигателей, применяется комбинированная система охлаждения.
К достоинствам данной системы можно отнести многопоточность отвода охлаждаемой жидкости и смешенный тип охлаждения. Также нужно отметить простоту конструкции, отсутствие энергозатрат и дополнительных электрических потребителей.
Одним из основных недостатков является то, что контроль над работой системы охлаждения осуществляется механиком-водителем. Ему необходимо постоянно следить за температурным режимом двигателя. В случае нагрева больше допустимой температуры, вручную открывать выходные жалюзи и, наоборот, при необходимости закрывать жалюзи для поддержания оптимального температурного режима.
При разработке и модернизации современной военной техники большое внимание уделяется конструированию устройств позволяющих обеспечить максимальную степень автоматизации процессом управления машиной, что позволяет экипажу сосредоточиться на непосредственном выполнении боевой задачи [2].
Еще одним серьезным недостатком является то, что вентилятор системы охлаждения имеет привод непосредственно от силовой установки машины. Скорость его вращения напрямую зависит от числа оборотов силовой установки. Создается дополнительная нагрузка, и как следствие потери мощности, которые могут составить до 12% от полной мощности силовой установки. Вентилятор приводится в действие, при запуске двигателя, производя ненужную работу на момент прогрева, и увеличивает время, которое необходимо для достижения оптимального рабочего диапазона температур [3].
Автоматизированная система управления (АСУ) - предназначена для обеспечения эффективного функционирования объекта управления путем автоматизированного выполнения функций управления [4]. В настоящее время АСУ получили широкое применение в различных областях науки и техники. Исходя из проведенного анализа, можно сделать вывод о том, что применение автоматизированной системы управления для охлаждения силовых установок многоцелевых гусеничных и колесных машин военного назначения наиболее целесообразно. С помощью такой системы можно избавиться от ряда имеющихся недостатков.
Предлагаемая система автоматизации охлаждения состоит из двух подсистем. Первая отвечает за управление открытием и закрытием выходных жалюзи, служащих для регулировки объема циркулирующего воздуха. Вторая за управление вентилятором.
Подсистема открытия и закрытия выходных жалюзи должна срабатывать при определенных условиях. Такими условиями является температура двигателя. В случае высокой температуры выходные жалюзи должны находиться в открытом положении для большей циркуляции воздуха в системе. Для обеспечения повышения температуры двигателя, жалюзи необходимо закрыть.
Автоматизация данного процесса возможна с использованием дополнительного датчика температуры установленного на двигателе. Датчик будет срабатывать при достижении температуры в 80°С (оптимальная температура для начала движения многоцелевых гусеничных и колесных машин). Сигнал с датчика, через компаратор поступает на силовое реле, которое в свою очередь будет включать электромагнит управляющий открыванием жалюзи. В случае понижения температуры, происходит обратный процесс (рис. 1).
Вторая подсистема отвечает за автоматизацию управления приводом вентилятора. В существующей системе охлаждения вентилятор имеет непосредственную связь с силовой установкой, поэтому отсутствует возможность изменять скорость потока охлаждающего воздуха. Для решения этой проблемы предлагается установить дополнительный электрический двигатель, который будет выпол-
нять функцию привода. Автоматическое управление этим двигателем реализуется на базе микроконтроллера, сигнал на который поступает с дополнительного датчика температуры двигателя. Далее, по средствам широтно-импульсной модуляции (ШИМ), сигнал с микроконтроллера поступает на силовой транзистор, подключенный к блоку питания (рис. 2). Регулировка скважности ШИМ осуществляется за счет датчика температуры на двигателе. Для обеспечения наибольшей точности реализуется система обратной связи. На двигатель привода устанавливается датчик количества оборотов, сигнал с которого поступает обратно на микроконтроллер для сравнения и корректировки результатов.
Рис. 1. Структурная схема процесса автоматизации жалюзи: Д - датчик температуры; К - компаратор; Р - реле; Э - электромагнит
Использование такой системы позволит значительно упростить процесс охлаждения силовой установки. Обеспечит возможность механику-водителю не отвлекаться на управление режимами охлаждения силовой установки, а сосредоточиться на выполнении боевой задачи.
Рис. 2. Структурная схема автоматизации двигателя охлаждения:
Д - датчик температуры; МК - микроконтроллер; Т -транзистор; Бп1 - блок питания двигателя;
Бп2 - блок питания датчика; ДВ - электрический двигатель; Доб - датчик обратной связи
Достоинством такой автоматизации процесса охлаждения является то, что благодаря установке отдельного двигателя управляющего приводом вентилятором охлаждения, высвобождается мощность, расходуемая в существующей системе на работу вентилятора. Увеличивается ресурс работы силовой установки. Облегчается процесс управления.
К недостаткам следует отнести появление дополнительного потребителя электрической энергии, но учитывая тот факт, что в современных образцах многоцелевых гусеничных и колесных машин военного назначения постоянно повышаются мощности генераторов этот недостаток можно считать не существенным.
Библиографический список
1. Устройство бронетанковой техники [Текст] : учеб. пособие для вузов по направлению «Транспортные машины и транспортно-технологические комплексы» : в 2 ч. / И. Ю. Лепешинский [и др.] ; ОмГТУ. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. . - ISBN 978-5-8149-1079-0. Ч. 2. . - 2011. . - 142 с.
2. Повышение уровня диагностирования с введением голосовой аварийной сигнализации бро-необъектов [Текст] / О. И. Чикирев [и др.] // Омский научный вестник. Серия Приборы, машины и технологии. - 2012. - N 3(113). - С. 258-262.
3. Чобиток, В. А Теория движения танков и БМП : учебник / В. А. Чобитик. - М. : Военное издательство, 1984. - 264 с.
4. ГОСТ 24.103-84. Автоматизированные системы управления. Основные положения [Электронный ресурс]. - Введ. 1984-03-26. - Режим доступа : http://www.it-gost.ru/content/view/106/40.
