Расчет автоматического регулятора скорости вращения вала двигателя

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) Кафедра «Автоматизация производственных процессов и электротехника»

Дисциплина «Автоматическое регулирование и управление двигателей внутреннего сгорания»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту Обозначение проекта КП 2 068 982 — 140 501 — 15 -14

Тема проекта: Расчет автоматического регулятора скорости вращения вала двигателя Студент Юсипов Руслан Омск — 2014

• Введение
• 1. Основные сведения
• 2. Математическая модель регулятора
• 3. Математическая модель ДВС
• Заключение
• Список используемой литературы
• Введение
• Двигатели внутреннего сгорания занимают в энергетике ведущее место по количеству вырабатываемой энергии. Особо существенна роль двигателей в автомобильном, водном транспорте, в стационарной энергетике. Вследствие низкой устойчивости режимов дизелей чрезвычайно трудно обеспечивать их работу в эксплуатационных условиях и особенно в тех случаях, когда нагрузка оказывается переменной во времени или незначительна.
• Именно поэтому двигатели внутреннего сгорания снабжают автоматическими регуляторами частоты вращения, а в некоторых случаях и другими устройствами.
• Проблема регулирования дизелей с учетом эксплуатационных условий их работы имеет большое практическое значение. Система автоматического регулирования предназначена для обеспечения качественной работы как на стационарных режимах, так и на неустановившихся, когда изменения параметров процессов особо сильно влияют на эффективные показатели работы силовой установки в целом.
• Исследование динамики регулирования дизелей показывает, что пока еще не решены такие вопросы, как обеспечение максимальной эксплуатационной надежности, оптимальное управление в условиях резко выраженной динамики изменения нагрузки, обеспечение качества переходных процессов дизеля при сбросах или набросах нагрузки и т. п.
• При разработке новых или модернизации существующих двигателей, а также при доводке систем автоматического регулирования следует прежде всего обеспечить надежность и устойчивость работы их работы с максимально возможной производительностью и экономичностью.
• Доводка систем автоматического регулирования производится на уровне экспериментальных исследований, когда знание происходящих в системе процессов позволяет ускорить доводку и обеспечить наибольшее качество создаваемой продукции.
• двигатель регулятор автоматический скорость
• 1. Основные сведения
• Единственным признаком появления в процессе работы двигателя неустановившихся режимов является: изменение во времени одного, нескольких или всех параметров.
• При возникновении неустановившихся режимов нарушаются условия статического равновесия, в результате чего в двигателе оказывается неустойчивое равновесие.
• Изменение параметров параметров двигателя во времени называют переходными процессами, они являются важнейшими динамическими характеристиками определяющими динамические свойства.
• Рис. 1. Схема
• — установившийся режим
• где — приведённый к валу момент инерции вращающих частиц; - угловая скорость коленчатого вала; - момент коленчатого вала; - момент сопротивления.
• Если
• Если — увеличивается;
• Если — уменьшается.
• где — нагрузка
• По Тейлору
• Момент зависит от положения рейки и частоты вращения и давления
• Фактор устойчивости двигателя
• где — перемещение рейки насоса
• Рис. 2. Структурная схема регулятора
• Момент на валу двигателя при заданной частоте вращения
• Рис. 3.
• 2. Математическая модель регулятора
• Основное уравнение описывающие динамическую работу регулятора
• Основное уравнение описывающие динамическую работу регулятора.
• Это уравнение статистической муфты 5, которое заключается в равенстве поддерживающей силы и восстанавливающей силы .
• При нарушении статистического режима поддерживающая сила получает приращение оно вызывает перемещение муфты получило приращение
• На точку, А стала действовать сила и сила гидравлического трения
• Рис. 4. Схема прецизионного механического регулятора 1, 8 — тяги; 2, 7 — рычаги; 3 — тарелка; 4, 9 — пружины; 5 — муфта; 6 — груз; 10 — поршень; 11 — катаракт; 12 — игла; 13 — топливный насос; 14 — рейка; 15 — траверса; 16 — кулачковый валик.
• Уравнение силы гидравлического трения
• где — коэффициент гидравлического трения; - скорость перемещения муфты.
• где — угловая скорость вала регулятора; - угловая скорость вала двигателя.
• Рис. 5. Характеристики поддерживающей силы механического чувствительного элемента, приведенной к оси движения муфты
• 1 —
• 2−5 —
• где — жёсткость пружины; - передаточное отношение рычага; - перемещение поршня
• Динамические свойства регулятора с кататором
• ; ;
• ;
• Рис. 6. Структурная схема регулятора
• Уравнение движения поршня (механизм Катаракт)
• ;
• Рис. 7. Структурная схема регулятора
• Рис. 8. Структурная схема регулятора
• ;; ;;; .
• Рис. 9. Структурная схема регулятора
• Рис. 10. Схема всережимного регулятора: 1 — рейка; 2 — тяга; 3, 5, 9 — рычаги; 4, 7, 15 — пружины; 6 — винт; 8 — ролик; 10 — муфта; 11 — груз; 12 — траверса; 13 — повышающая зубчатая передача; 14 — валик.
• Рис. 11. Структурная схема комплекса «нагрузка-двигатель-регулятор»
• 3. Математическая модель ДВС
• Исходные данные:
• Число оборотов коленчатого вала n₀ = 1500 об/мин;
• Мощность двигателя N₀ = 240 кВт;
• Нагрузка Е₀ = 140 Н.
• Таблица 1 — Зависимость момента на валу двигателя от частоты вращения

	w	0,25M	0,5M	0,75M	M	Mc
0,2	31,41 593	290,2986	580,5972	870,8958	1161,194	61,1155
0,25	39,26 991	310,3521	620,7043	931,0564	1241,409	95,49 297
0,3	47,12 389	328,4958	656,9916	985,4874	1313,983	137,5099
0,35	54,97 787	344,7296	689,4592	1034,189	1378,918	187,1662
0,4	62,83 185	359,0536	718,1071	1077,161	1436,214	244,462
0,45	70,68 583	371,4676	742,9353	1114,403	1485,871	309,3972
0,5	78,53 982	381,9719	763,9437	1145,916	1527,887	381,9719
0,55	86,3938	390,5662	781,1325	1171,699	1562,265	462,186
0,6	94,24 778	397,2507	794,5015	1191,752	1589,003	550,0395
0,65	102,1018	402,0254	804,0508	1206,076	1608,102	645,5324
0,7	109,9557	404,8902	809,7804	1214,671	1619,561	748,6649
0,75	117,8097	405,8451	811,6902	1217,535	1623,38	859,4367
0,8	125,6637	404,8902	809,7804	1214,671	1619,561	977,848
0,85	133,5177	402,0254	804,0508	1206,076	1608,102	1103,899
0,9	141,3717	397,2507	794,5015	1191,752	1589,003	1237,589
0,95	149,2257	390,5662	781,1325	1171,699	1562,265	1378,918
	157,0796	381,9719	763,9437	1145,916	1527,887	1527,887
1,05	164,9336	371,4676	742,9353	1114,403	1485,871	1684,496
1,1	172,7876	359,0536	718,1071	1077,161	1436,214	1848,744

• По полученным данным строим графики и определяем визуально точки пересечения графиков, занося их в таблицу 2.
• Рис. 12. Зависимость момента на валу двигателя от частоты вращения
• Соответственно. На касательных берем по две произвольные точки и опускаем перпендикуляры к осям. Вычитаем получившиеся значения и получаем конечный результат.
• Таблица 2 — Зависимость момента двигателя от положения рейки (в %)

k	M
0,25	255.7847
0,5
0,75
	1527.887

• Рис. 13. Зависимость момента двигателя от положения рейки (в %)
• Расчитываем остальные недостающие данные:
• тогда
• Результаты моделирования
• Рис. 14. Структурная схема системы автоматического регулирования угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля) в обозначениях Simulink.
• Таблица 3 — полученные результаты перерегулирования

м н	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5

• Рис. 15. Время перерегулирования при м = 0,01

Заключение

В данной курсовой работе был выполнен расчет автоматического регулятора, предназначенного для поддержания скорости вращения вала ДВС на заданном уровне.

Для наиболее оптимальной работы двигателя необходимо учесть, что t (время переходного процесса) должно быть минимально. Из расчета видно, что время переходного процесса минимально при любом коэффициенте гидравлического трения в пределах от 0,1 до 0,5 и при массе шариков от 0,01 до 0,05 г.

Список используемой литературы

1. Крутов В. И. Автоматическое регулирование и управление двигателей внутреннего сгорания: Учебник для студентов ВУЗов, обучающихся по специальности «Двигатели внутреннего сгорания». — 5-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1989 г. — 416 с.

2. Лекции по дисциплине «Автоматическое регулирование и управление двигателей внутреннего сгорания».

3. Щербаков B.C., Руппель А. А., Лазута И. В., Милюшенко С. А. Автоматические системы управления в среде MATLAB-SIMULINK: Методические указания к выполнению лабораторных работ. — Омск: СибАДИ, 2010. — 49 с.