close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Имитационная модель системы управления гидроприводом вентиляторов системы охлаждения гусеничной машины..pdf

код для вставкиСкачать
28
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
тывает достаточно широкий диапазон колебательных процессов в геометрическом смысле.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Рис. 2
В заключении отметим, что геометрия предельного цикла наблюдаемой подсистемы зависит
от целочисленного показателя Ламэ. Таким образом, предложенный механизм наблюдения охва-
1. Савелов А. А. Плоские кривые. Справочное руководство Изд-во РХД , 2002. – 492 с.
2. Горобцов А. С., Рыжов Е. Н., Чурзина А. С. Синтез
интегральных поверхностей Ламэ и стабилизация колебаний в их окрестностях// Динамика сложных систем. –
2009. – № 1, т. 3. – С. 59–62.
3. Gorobtsov A. S., Ryzhov E. N., Churzina A. S. Lame –
manifolds in problems of syntheses of nonlinear oscillatory
modes. Journal of Vibroengineering. Vol. 10. Iss. 4. p. 456–
459, 2008.
4. Горобцов А. С., Рыжов Е. Н. Аналитический синтез генераторов автоколебаний на двух колебательных
звеньях // РАН. Автоматика и телемеханика.− 2007.− № 6. –
С. 35–44.
УДК 531.66
Д. Н. Горячев
ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОПРИВОДОМ
ВЕНТИЛЯТОРОВ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ
Открытое акционерное общество «Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики»
(ОАО «СКБ ПА») г. Ковров
dgoriachev@mail.ru
С помощью имитационного моделирования можно решить различные задачи, в том числе и создание автоматической системы управления гидроприводом вентиляторов системы охлаждения транспортного средства, обеспечивающей
поддержание температур теплоносителей в пределах оптимальных значений при изменении внешних возмущающих
факторов.
Ключевые слова: система охлаждения, имитационное моделирование, гидропривод, температура теплоносителей.
D. N. Gorjachev
SIMULATED MODEL OF CONTROL SYSTEM FOR A FAN HYDRAULIC DRIVE
OF CRAWLER MACHINE COOLING SYSTEM.
It may be possible to resolve different problems with the help of simulation including a development of automatic control
system for a fan hydraulic drive of transportation facility cooling system, which should be in position to hold the heat-transfer
agents within optimal values when environment conditions are varied.
Key words: сooling system, hydraulic drive, temperature of heat-transfer medium, simulation.
Система охлаждения является неотъемлемой частью любого транспортного средства,
т. к. стабильная оптимальная температура воды
создает благоприятные условия работы двигателя, что увеличивает межремонтные сроки транспортного средства. Поэтому с ростом мощности и требований к динамическим характеристикам системы охлаждения становится актуальной задача выбора наиболее оптимального
способа регулирования.
Постоянство теплового состояния двигателя
(температуры охлаждающей жидкости) обеспечивается при выполнении условия [1]
Qп0 – Qр0 = 0,
(1)
где, Qп0 – количество теплоты, поступившее от
силовой установки в систему охлаждения в единицу времени; Qр0 – отдача теплоты (расход через радиатор) окружающей среде в ту же единицу времени.
Нарушение теплового баланса (1) в системе
охлаждения двигателя приводит к изменению
температуры охлаждающей жидкости в соответствии с дифференциальным уравнением
C dT
= Qп – Qр,
(2)
dt
где С – теплоемкость системы охлаждения двигателя.
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
Так как при неравномерном режиме Т = Т0 +
+ ΔТ; Qп = Qп0 + ΔQп; Qр= Qр0 + ΔQр, то с учетом
условия (1) уравнение (2) принимает вид
C ddtΔT = ΔQп – ΔQр,
(3)
Количество теплоты Qп передаваемое двигателем в единицу времени в систему охлаждения, зависит от температуры Т в системе охлаждения, угловой скорости коленчатого вала ω
и положения h рейки топливного насоса. Следовательно Qп = f(T; ω; h). Разложение полученной функциональной зависимости в ряд Тейлора и последующая линеаризация приводят
к уравнению
∂Qп
∂Qп
∂Qп
ΔQп = (
)ΔТ + (
)Δω + (
)Δh (4)
∂h
∂T
∂ω
Количество теплоты Qр, передаваемое системой охлаждения в единицу времени в окружающую среду, зависит от температуры охлаждающей жидкости Т на выходе из двигателя,
расхода жидкости G в единицу времени через
зарубашечный объем и температуры Твх, при
которой охлаждающая жидкость поступает в систему охлаждения, т. е. Qр= f(T; G; Твх).
После разложения полученной функции в ряд
Тейлора и линеаризации получим
∂Qр
∂Qр
∂Qр
)ΔТ + (
)ΔG + (
)ΔТвх (5)
ΔQр = (
∂T
∂G
∂Твх
Изменения температуры ΔТвх или расхода G
жидкости в процессе регулирования зависят от
способа регулирования температуры Т.
Изменение расхода ΔG охлаждающей жидкости определяется изменением частоты вращения ротора насоса (при использовании нерегулируемого насоса). Если ротор насоса жестко связан с коленчатым валом двигателя,
то G = f(ω) и тогда
∂G
ΔG=(
)Δω
(6)
∂ω
Изменение температуры ΔТвх будут зависеть
от температуры воздуха, поступающего для охлаждения радиатора tвозд и количества этого
воздуха. В случае, когда воздух через радиатор
прогоняется при помощи вентилятора, в конечном итоге (при неизменных параметрах вентилятора) изменение температуры ΔТвх будет зависеть от частоты вращения вентилятора nв,
т. е. ΔТвх=f(tвозд; nв) и следовательно
∂ΔТвх
∂ΔТвх
)Δnв
(7)
)Δtвозд +(
ΔТвх=(
∂tв
∂nв
Учитывая, что скорость изменения температуры окружающего воздуха значительно
меньше, чем скорость изменения температуры
29
теплоносителя можно сделать допущение, что
∂ΔТвх
≈ 0, в этом случае температуру окру∂tв
жающего воздуха можно считать постоянной
величиной, и выражение (7) примет вид
∂ΔТвх
)Δnв
(8)
ΔТвх = (
∂nв
Таким образом, с учетом выражений (6) и (8)
уравнение (5) получит вид
∂Qр
∂Qр ∂G
)ΔТ + (
)(
)Δω +
ΔQр = (
∂T
∂G
∂ω
∂Qр ∂ΔТвх
+(
)(
)Δnв
(9)
∂Твх
∂nв
Устойчивость теплового режима двигателя
характеризуется разностным соотношением
∂Qр
∂Qп
–
(10)
Ft =
∂T
∂T
Если выражения (4) и (9) подставить в уравнение (2), то последнее с учетом выражения (10)
получит вид
∂Qп
C ddtΔT + Ft ΔТ = (
)Δh +
∂h
∂Qр
∂Qп
∂Qр
)Δnв . (11)
)–(
)]Δω – (
+[(
∂ω
∂ω
∂nв
Совокупные значения ω и h определяют режим R работы двигателя и, следовательно, нагрузку на систему охлаждения. Если условно
принять, что
∂Qп
∂Qп
∂Qр
)–(
(
)Δh + [(
)]Δω =
∂h
∂ω
∂ω
∂Qп
)ΔR ,
=(
(12)
∂R
то уравнение (11) примет вид
∂Qп
∂Qр
C ddtΔT + Ft ΔТ = (
)ΔR – (
)Δnв . (13)
∂R
∂nв
После перехода к безразмерным координатам
Δnв
ΔT
ΔR
φ=
(14)
; αд =
;β=
T0
R0
nв 0
и деления всех членов уравнения (13) на коэффициент при β уравнение (13) получит вид
dϕ
Тд
(15)
+ кд φ=Θдαд – β,
dt
где:
CT 0
– постоянная времени систеТд =
(∂Qр / ∂nв )nв 0
мы охлаждения двигателя;
FtT 0
– коэффициент самовыравникд=
(∂Qр / ∂nв )nв 0
вания системы охлаждения;
30
Θд=
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
(∂Qп / ∂R ) R 0
– коэффициент усиления по
(∂Qр / ∂nв )nв 0
нагрузке;
В операторной форме записи уравнение (15)
примет вид
(Тдр+ кд) φ= Θдαд – β,
(16)
где собственный оператор определяется выражением dд(р)= Тдр+ кд.
Операторная запись дифференциального
уравнения дает возможность получить передаточные функции элемента, характеризующие
воздействия на него той или иной входной координаты, для чего все члены уравнения следует поделить на собственный оператор.
В этом случае уравнение (16) запишется
в виде
(17)
φ =Wα(р) – Wβ(р),
где:
ΘДα Д
– передаточная функция по
Wα(р) =
ТД р + кД
режиму работы двигателя (нагрузке на систему
охлаждения);
β
– передаточная функция по
Wβ(р) =
ТД р + кД
частоте вращения вентилятора (объему воздуха
через радиатор).
Запись дифференциального уравнения (17)
через передаточные функции дает возможность
построить структурную схему двигателя, как
объекта регулирования по температуре охлаждающей жидкости, отражающую его динамические свойства.
Данная методика может быть использована
для получения дифференциальных уравнений
других элементов силового блока, как объектов
регулирования по температуре (гидромеханической трансмиссии, системы смазки двигателя,
гидрообъемной передачи механизма поворота).
Структурная схема силового блока, как
объекта регулирования по температурам представлена на рис. 1.
В данной схеме входными координатами являются ngm – частота вращения вала гидромотора и ndv – частота вращения вала двигателя.
Выходными координатами являются температуры теплоносителей: Tvoda – температура охлаждающей жидкости двигателя, Tmdv – температура масла двигателя, Tmgmt – температура
масла ГМТ, Tgop – температура масла ГОП.
Объединив структурную схему силового
блока (рис. 1) со структурной схемой гидропередачи и добавив обратную связь по температурам охлаждающей жидкости (ОЖ) двигателя
и масла трансмиссии и обратную связь по частоте вращения валов гидромоторов получим
структурную схему системы охлаждения транспортного средства комбинированным пропорциональным регулированием по температурам
теплоносителей (рис. 2).
Рис. 1. Структурная схема силового блока гусеничной машины, как объект регулирования по температурам
31
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
Рис. 2. Структурная схема системы охлаждения транспортного средства с комбинированным пропорциональным регулированием
На рис. 3 приведены значения температур
теплоносителей, полученные в результате имитационного моделирования при максимальных
значениях внешних воздействий:
– температура окружающего воздуха –
+50 °С;
– частота вращения вала двигателя – 2900
об/мин (303 рад/сек).
Результаты имитационного моделирования
показывают, что система управления приводом
вентиляторов системы охлаждения гусеничной
машины обеспечивает тепловой режим силовой
установки транспортного средства при максимальной загрузке и температуре окружающей
среды + 50 °С.
Система управления приводом вентиляторов
на основе регулируемого гидропривода и разработанный алгоритм управления были реализованы в ходе выполнения работ по модернизации БМП-3 [2].
Созданная методика и имитационная модель могут быть использованы при разработке
систем охлаждения транспортных средств.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Рис. 3. Температуры теплоносителей
1. Крутов В. И. Автоматическое регулирование и управление двигателей внутреннего сгорания: Учебник для вузов, обучающихся по специальности «Двигатели внутреннего сгорания». – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. – 416 с.
2. Патент РФ № 2184250 (заявка № 2000116495 от
22.06.2000 г.) «Гидропривод вентиляторов системы охлаждения».
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
20
Размер файла
650 Кб
Теги
гусеничных, вентилятор, система, pdf, управления, модель, охлаждения, машина, гидроприводы, имитационных
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа