Электронная система регулирования скорости вращения вала и мощности дизеля (электронный регулятор)

На тепловозах вместо гидромеханических регуляторов скорости вращения вала и мощности дизеля (4-7РС2 и 10Д100) в последние годы устанавливают хорошо зарекомендовавшие себя в условиях эксплуатации электронные (микропроцессорные) регуляторы, которые в дополнение к традиционным задачам выполняют ряд функций по регулированию электрической передачи.

На магистральных тепловозах используются форсированные дизели мощностью 2000 – 4400 кВт. Однако при форсировании дизелей, т.е. повышении давления наддува, возникает проблема обеспечения должного качества переходных процессов на режимах, характеризующихся высокими значениями скорости вращения вала и мощности дизелей.

Для полного сгорания дизельного топлива коэффициент избытка воздуха должен быть не менее 1,6 – 1,8. Это легко достигается при установившихся режимах работы дизеля заданием соответствующей тепловозной характеристики. В то же время при изменении положения рукоятки контроллера машиниста, когда увеличивается скорость вращения вала и мощность дизеля, может изменяться соотношение между количеством надувочного воздуха и дизельного топлива. При этом дизельное топливо в цилиндрах может сгорать не полностью, что в свою очередь приводит к усиленному дымлению, повышенному нагарообразованию, увеличению теплонапряженности деталей цилиндро-поршневой группы, снижению экономичности дизеля. Чтобы исключить эти негативные явления, форсированные дизели оснащают объединенными регуляторами скорости вращения вала и мощности, снабженными корректорами ограничения подачи топлива в зависимости от давления наддува. Наиболее полно эту задачу выполняют регуляторы типа 4-7РС2. Они отличаются большой массой и сложной конструкцией. Регулируют их слесари высокой квалификации на специальных стендах.

В эксплуатации, кроме того, находится большое число тепловозов с высокофорсированными дизелями с регуляторами, не имеющими коррекции по наддуву (например, дизель 10Д100). Чаще всего они работают с сильным дымлением и повышенным уровнем вредных выбросов.

На маневровых тепловозах ЧМЭ3 электронные регуляторы обеспечивают постоянство режима работы дизеля на каждой позиции контроллера, а также защиту тяговых электрических машин при боксовании колесных пар. На базе этих регуляторов специалисты НТП «Дизельавтоматика» (г.Саратов) при участии сотрудников ВНИИЖТ разработали электронную систему регулирования скорости вращения вала и мощности (ЭРЧМЗОТ3) дизеля для магистральных тепловозов.

Электронная система регулирования скорости вращения вала и мощности дизеля для магистральных тепловозов обеспечивает:

● автоматическое поддержание заданной скорости вращения вала и мощности дизеля на каждом положении рукоятки контроллера машиниста;

● работу дизеля на переходных режимах по заданной ограничительной характеристике;

● изменение тепловозной характеристики в зависимости от температуры наружного воздуха;

● дискретное или бесступенчатое задание скорости вращения вала;

● программную защиту дизеля по давлению масла;

● подачу топлива в цилиндры дизеля в процессе пуска только при достижении заданной скорости вращения вала;

● задание цикловой подачи топлива при пуске дизеля;

● автоматическое регулирование напряжения возбуждения тягового генератора по заданному закону при движении тепловоза в режиме тяги или электрического торможения;

● автоматическое регулирование напряжения тягового генератора при работе дизеля в режиме холостого хода;

● защиту тяговых электрических машин при боксовании колесных пар;

● уменьшение мощности, используемой на тягу поезда, при отключении неисправного тягового двигателя;

● непосредственное управление силовыми контактными аппаратами;

● управление тепловозом в режимах поддержания скорости и секционной тяги.

Приведенный перечень функций электронной системы регулирования скорости вращения вала и мощности дизеля свидетельствует о том, что она не только реализует все функции микропроцессорной системы автоматического регулирования электрической передачи тепловоза УСТА (за исключением регулирования напряжения вспомогательного генератора или стартер-генератора), но и обеспечивает управление дизелем на всех режимах его работы, включая пуск.

Электронная система регулирования скорости вращения вала и мощности дизеля для магистральных тепловозов содержит базовые блоки и набор датчиков. Базовые блоки унифицированы для маневровых и магистральных тепловозов и содержат электронный блок управления БУ (рис. 6.2), электрогидравлическое исполнительное устройство ИУ, датчик скорости вращения вала дизеля ДСД, программатор П. Модификации системы для разных серий тепловозов отличаются друг от друга программами, заложенными в память микропроцессора, а также номенклатурой дополнительных датчиков. Электронная система регулирования скорости вращения вала и мощности дизеля содержит датчик скорости вращения ротора турбокомпрессора ДСТ, датчик давления надувочного воздуха ДДН, датчик давления масла ДДМ.

Применительно к тепловозу 2ТЭ116 электронную систему (ЭРЧМЗОТ3-02) дополнительно оборудуют датчиком скорости вращения колесной пары ДСК и датчиком температуры наружного воздуха ДТВ.

Условным обозначениям, приведенным на рис. 6.2, соответствуют следующие элементы: КМ – контроллер машиниста; РДМ – реле давления масла; РБ1 – РБ3 – реле боксования; ДПР – датчик поворота реек топливных насосов высокого давления; ТНВД - топливные насосы высокого давления; Д – дизель; СВ – синхронный возбудитель; СГ синхронный генератор; УВВ – управляемый выпрямитель возбуждения; ТЭД – тяговые электродвигатели; ДТ – датчик тока; ВУ – выпрямительная установка; ДН – датчик напряжения.

Электронный блок управления служит для обработки сигналов, поступающих с датчиков, а также команд управления. Кроме того он выдает сигналы управления на электрогидравлическое исполнительное устройство и на штатный блок управления возбуждением (БУВ) тягового генератора. Основное назначение электрогидравлического исполнительного устройства – преобразование электрического сигнала электронного блока управления в механическое перемещение (поворот) его выходного вала, связанного с рейками топливных насосов высокого давления посредством механической передачи. Электрогидравлическое исполнительное устройство устанавливают вместо снимаемого штатного регулятора скорости вращения вала дизеля.

Датчики скорости вращения вала дизеля и ротора турбокомпрессора преобразуют соответствующие входные частотные сигналы в электрические сигналы переменного тока. При этом частота сигналов переменного тока пропорциональна преобразуемым скоростям вращения.

Рис. 6.2. Блок-схема электронной системы регулирования скорости вращения вала и мощности дизеля магистрального тепловоза

Датчик давления наддува измеряет давление надувочного воздуха и преобразует его в токовый сигнал. Датчик давления масла также преобразует в токовый сигнал измеренное давление масла в масляной системе дизеля. Датчик скорости вращения колесной пары имеет на выходе импульсный сигнал с частотой следования импульсов, пропорциональной скорости вращения колесной пары. Этот датчик предназначен для использования в системах автоведения поезда. Выходной сигнал датчика температуры наружного воздуха пропорционален измеренной температуре.

На тепловозе 2ТЭ116-1360 установлен дизель в турбокомпрессором типа 6ТК, который имеет измененную проточную часть. Дизель с таким турбокомпрессором реализует мощность 2200 кВт при скорости вращения вала дизеля 850 об/мин. При этом повышается КПД дизеля вследствие уменьшения собственных механических потерь. Однако, при высокой температуре наружного воздуха не обеспечивается должное охлаждение тяговых электрических машин. Поэтому до температуры окружающей среды +25⁰С системой устанавливается скорость вращения вала дизеля 850 об/мин. При температуре наружного воздуха выше +25⁰С, но ниже +35⁰С скорость вращения вала дизеля автоматически плавно увеличивается пропорционально измеренной температуре наружного воздуха с соответствующим изменением положения тепловозной характеристики дизеля. При температуре наружного воздуха выше +35⁰С максимальная скорость вращения вала дизеля составляет 1000 об/мин. Параметры тепловозной характеристики дизеля при изменении температуры наружного воздуха приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Параметры тепловозной характеристики дизеля

при изменении температуры наружного воздуха

Положение рукоятки контроллера машиниста	ω_д, об/мин при t _вз≤25⁰С	ω_д, об/мин при t _вз≥35⁰С	N _д, кВт

В табл. 6.1 ω_д – скорость вращения вала дизеля, N _д – мощность дизеля, t _вз – температура наружного воздуха.