CC BY
30
УДК 621.43.068
МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ПРИЕМИСТОСТИ КОМБИНИРОВАННОГО ДИЗЕЛЯ
Д. В. Шабалин, Е. С. Терещенко, Д. Ю. Фадеев
Аннотация. В статье предлагается решение проблемы снижения приемистости комбинированных двигателей в связи с инерционностью турбокомпрессора. Для уменьшения негативных последствий наддува предложен метод повышения приемистости комбинированного дизеля основанный на идее рекуперации кинетической энергии инерционными аккумуляторами. Показано, что инерционные механические энергоаккумулирующие системы, к которым принадлежат маховичные накопители энергии, осуществляют накопление механической энергии в маховике (системе маховиков), консервацию энергии при вращении маховика и выдачу ее потребителям при требуемых режимных параметрах. При анализе результатов проводимых исследований сделан вывод об эффективности различных способов интенсификации режимов разгона.
Ключевые слова: компрессор, турбина, энергоаккумулятор, маховик, инерционность.
Введение
Современные условия эксплуатации автомобильной техники нередко сопряжены с экстремальными нагрузками на силовую установку связанными с постоянно меняющимися режимами работы.
Исследования, проводимые такими авторами, как Н. Н. Настенко, И. И. Кринецким, В. М.
Архангельским, А. А. Грунауэром, А. К.
Юлдашевым, В. С. Кукисом и т.д.
подтверждают, что режимы разгона и торможения наиболее часты и длительны
относительно других режимов работы
автомобильной и гусеничной техники, таблица 1.
Таблица 1 - Усредненные условия работы автомобильной техники в городских условиях эксплуатации и доля вредных выбросов с отработавшими газами_
№ п\п Режим работы двигателя Доля в общем времени работы,% Доля от общего количества вредных выбросов с ОГ %.
1 Номинальный 16,0 16,8
2 Холостой ход 15,0 4,2
3 Разгон (ускорение) 36,7 69,9
4 Торможение (замедление) 32,3 9,1
Режимы разгона имеют большую нестационарность, и при своей длительности приводят к ощутимому снижению мощностных, экономических и экологических показателей современных комбинированных дизелей [1].
Таким образом, возникает необходимость в проведении дополнительных исследований с целью снижения негативных последствий неустановившихся режимов.
Обоснование метода повышения приёмистости комбинированного дизеля
В современном автомобилестроении достаточно эффективно используются режимы торможения, для решения различных задач. Одно из направлений использования замедления (торможения) имеет название «Рекуперативное торможение». Рассмотрим данный вид торможения более подробно.
Движение автомобиля сопровождается кинетической энергией. При торможении с
использованием традиционной тормозной системы избыток кинетической энергии преобразуется в тепловую энергию трения тормозных колодок и тормозного диска и собственно расходуется в холостую. Для рекуперации кинетической энергии автомобиля используются различные схемы накопителей: электрические, пневматические, механические, гидравлические.
Анализ используемых схем говорит о наибольшей эффективности механических накопителей, в частности инерционных.
Инерционные механические
энергоаккумулирующие системы, к которым принадлежат маховичные накопители энергии (МНЭ), предназначены для накопления механической энергии в маховике (системе маховиков), консервации энергии при вращении маховика и выдачи ее потребителю при требуемых режимных параметрах.
Основной, наиболее характерный элемент - маховик, выполняющий функции аккумулятора энергии и источника мощности обладает следующими потенциально положительными качествами [2]:
- высокая удельная мощность зарядно-разрядных режимов;
- автоматический переход с режима аккумулирования (заряда) на режим генерирования (разряда) энергии, что обеспечивает возможность эффективной рекуперации энергии;
- высокий КПД и стабильность характеристик в широком диапазоне изменения условий эксплуатации (давление, температура и д. р);
- отсутствие при работе побочных выделений, загрязняющих окружающую среду.
Механическую энергию, которую накапливают и выделяют маховики, сравнительно просто и с высоким КПД можно преобразовать в другие виды энергии. Кроме того, маховик - единственный накопитель аккумулирующий, одновременно с энергией и кинетический момент, что создает ряд дополнительных возможностей при применении МНЭ в различных технических устройствах.
Конструктивно-силовые схемы маховиков можно разделить на три большие группы:
1) монолитные маховики из изотропных материалов;
2) маховики из высокопрочных анизотропных материалов;
3) маховики из высокоэластичных материалов.
Для целей аккумулирования энергии перспективны два типа маховиков первой группы: маховики-диски и маховики-стержни (вращающиеся вокруг поперечной оси). Обычно диски значительно превосходят стержни по объемной эффективности. Их энергоемкостные возможности определяются прочностными характеристиками материала [3].
Анализ инерционных накопителей энергии свидетельствует о необходимости дополнительных исследований с целью использования маховиков, как наиболее эффективных рекуперационных устройств в современном двигателестроении.
Авторским коллективом разработан метод повышения приемистости комбинированного дизеля с использованием инерционных накопителей энергии. Для энергетического заряда инерционных накопителей
используются режимы торможения транспортного средства.
Анализируя результаты исследований проводимые [1] можно сделать вывод об эффективности различных способов интенсификации режимов разгона. Наиболее приемлемыми для этих целей являются подкрутка ротора турбокомпрессора (ТК) с подводом дополнительной энергии, а также подача дополнительного воздуха перед впускными органами либо непосредственно в цилиндры двигателя.
Современные методы обеспечивающие подвод дополнительной энергии к ротору ТК, а также подачу дополнительного воздуха мало эффективны и используются крайне редко в связи с затратами дополнительной энергии на питание электродвигателя в первом случае и привод компрессоров высокого давления во втором.
Предлагаемые авторами способы практически полностью решают данную проблему.
На рисунке 1 представлен механический способ повышения приемистости
комбинированного дизеля обеспечивающий подкрутку ротора ТК на режимах разгона используя энергию маховика, запасаемую на режимах торможения.
1 - дизель; 2,7 - электрическая муфта; 3 -турбина; 4 - маховик (инерционный аккумулятор); 5 - обгонная муфта; 6 - повышающий редуктор; 8 - трансмиссия автомобиля; 9 - педаль тормоза; 10 - педаль подачи топлива; 11 - электронный блок управления; 12 - компрессор; 13 - датчик давления наддувочного воздуха
Рис. 1. Механический способ повышения приемистости дизеля с системой рекуперативного торможения
Пневматический способ повышения приемистости комбинированного дизеля, представленный на рисунке 2, обеспечивает подачу дополнительного воздуха из ресиверов, заряжаемых компрессором. Который в свою очередь приводится в движение от маховичного накопителя энергии заряжаемого на режимах торможения. Данный способ может быть применен как на без наддувных двигателях, так и на двигателях, оборудованных различными системами наддува.
1 - дизель; 2 - турбина; 3 - ресиверы;
4 - электрическая муфта; 5 - маховик (инерционный аккумулятор); 6 - электрическая муфта; 7 - повышающий редуктор;
8 - электрическая муфта; 9 - трансмиссия автомобиля; 10 - педаль тормоза; 11 - электронный блок управления; 12 -педаль
подачи топлива; 13 - компрессор высокого давления; 14 - регулирующий орган;
15 - компрессор; 16 - воздухопроводы высокого давления
Рис. 2. Пневматический способ повышения приемистости дизеля с системой рекуперативного торможения
На рисунке 3 представлен электрический способ повышения приемистости
комбинированного дизеля обеспечивающий зарядку аккумуляторных батарей для питания электродвигателя подкручивающего ротор ТК на режимах разгона. Для привода генератора используется энергия маховика, запасаемая на режимах торможения.
1 - дизель; 2 - электродвигатель; 3 - турбина;
4 - маховик (инерционный аккумулятор);
5 - обгонная муфта; 6 - повышающий редуктор;
7 - лектрическая муфта; 8 - трансмиссия автомобиля; 9 - педаль тормоза; 10 - педаль подачи топлива; 11 - электронный блок управления; 12 - генератор;
13 - аккумуляторная батарея; 14 - компрессор.
Рис. 3. Электрический способ повышения приемистости дизеля с системой рекуперативного торможения
Заключение
Перспективность использования
маховиков и супермаховиков не вызывает сомнений. В дальнейшем эффективность новых гибридных автомобилей
предполагается повысить путем объединения двух типов двигателей - теплового и инерционного, используемого в качестве рекуператора кинетической энергии.
В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы: оснащение автомобилей техники
предложенными средствами повышения приемистости позволяет уменьшить на 60...80 % время переходного процесса, увеличить среднюю скорость движения транспортного средства на 10.15%, а так же на 6.8 % снизить расход топлива по сравнению с серийными автомобилями.
Библиографический список
1. Шабалин, Д. В. Стабилизация температуры надувочного воздуха: монография / Д. Ю. Фадеев, Е. С. Терещенко. - Омск: Омское книжное издательство, 2013. - 100 с.
2. Гулиа, Н. В., Инерционные аккумуляторы энергии / Н. В. Гулиа. - Воронеж: Изд-во вГу, 1973 - 240 с.
3. Гулиа, Н. В., Инерция / Н. В. Гулиа. - М: Наука, 1982 - 152 с.
METHOD OF INCREASING THE INJECTIVITY OF COMBINED DIESEL ENGINE
D.V. Shabalin, E.S. Tereshchenko, D.Y. Fadeev
Abstract. The paper offers a problem solving for reducing the injectivity of combined diesel engines due to the persistence of turbo compressor. For reducing the negative consequences of supercharge, the method of increasing injectivity of combined diesel engine, based on the idea of recuperation of kinetic energy by inertial accumulators, is proposed. It is shown that the inertial mechanical energy storage systems to which flywheel-type energy accumulators belong, implement the accumulation of mechanical energy in the flywheel (flywheel system), energy conservation at rotation of the flywheel and its delivery to consumers with required secure parameters. When analyzing the results of the conducted researches a conclusion on the effectiveness of different methods of acceleration modes' intensification is drawn.
Keywords: compressor, turbine, energy storage, flywheel, persistence.
Bibliographic list
1. Shabalin D. V. Charge air temperature stabilization: monograph / D. Fadeev, E. S. Tereshchenko. - Omsk: Omsk Book Publishers, 2013. - 100.
2. Gulia N. V., Flywheel energy storage [/ N. V. Gulia. - Voronezh Univ VSU, 1973 - 240 p.
3. Gulia N. V., Inertia / N. V. Gulia. - Moscow: Nauka, 1982 - 152 p.
Шабалин Денис Викторович - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры двигателей Омского
автобронетанкового инженерного института г. Омск. Основные направления научной деятельности: воздухоснабжение
комбинированных дизелей, автоматизация систем управления двигателей транспортных средств многоцелевого назначения. Общее количество опубликованных работ: 45. shabalin_d79@mail. ru
Терещенко Евгений Сергеевич - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры двигателей Омского
автобронетанкового инженерного института г.Омск. Основные направления научной деятельности: воздухоснабжения
комбинированных дизелей, автоматизация систем управления двигателей транспортных средств многоцелевого назначения Общее количество опубликованных работ: 47. tesa1978@mail. ru
Фадеев Дмитрий Юрьевич - кандидат технических наук, доцент кафедры ремонта Омского автобронетанкового инженерного института г.Омск. Основные направления научной деятельности: автоматизация систем управления двигателей транспортных средств многоцелевого назначения. Общее количество опубликованных работ: 44. dima11780@inbox.ru
УДК 621.878.25
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГЛУБИНОЙ КОПАНИЯ ОДНОКОВШОВЫМ ЭКСКАВАТОРОМ
Д. А. Шеховцова
Аннотация. В статье приведена методика определения погрешностей информационно-измерительных устройств системы управления одноковшового экскаватора, которая состоит из краткого описания выбора математической модели одноковшового экскаватора, вывода основного уравнения погрешности, возникающей на режущей кромки ковша, приведения матрицы планирования вычислительного эксперимента и исследования влияния погрешностей информационно-измерительных устройств на отклонения режущей кромки ковша.
Ключевые слова: одноковшовый экскаватор, методика, математическая модель, метод однородных координат, уравнение геометрической связи.
Введение
Анализ допускаемых отклонений вертикальной отметки земляного сооружения, возводимого одноковшовыми экскаваторами,
показал, что к точности выполнения земляных работ одноковшовыми
экскаваторами предъявляются высокие требования. Однако в большинстве случаев
