РАЗДЕЛ 2
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА КСБГ В РЕЖИМЕ ТОРМОЖЕНИЯ
2.1. Общие сведения о первичном двигателе КСБГ
В качестве первичного двигателя на автомобилях большой единичной мощности и, в частности, на КСБГ, в настоящее время применяются только дизельные двигатели [42]. Применение ДД на КСБГ обусловлено их наилучшей топливной экономичностью по сравнению с другими типами двигателей. Минимальный удельный расход топлива ДД доведён до 210-220 Г/(кВт.ч). Низкий коэффициент приспособляемости по крутящему моменту (1.09...1.15) дизельных двигателей, т.е. отношение максимального крутящего момента двигателя к моменту при максимальной мощности, компенсируется применением гидромеханической или электрической передачей с большим силовым диапазоном.
ДД относится к двигателям с внутренним смесеобразованием, сжатием воздуха, впрыском топлива и его самовоспламенением. Четырехтактный ДД преобразует скрытую термохимическую энергию топлива в энергию тепловую, а потом в механическую, за два оборота коленчатого вала или четыре такта (действительный цикл поршневого ДВС) [54,66-68].
Важным показателем действительного цикла является его удельная работа, или среднее индикаторное давление (МПа).
Основными системами ДД являются (рис.2.1): цилиндропоршневая группа (ЦПГ), в которой, собственно, и осуществляется процесс превращения термохимической энергии топлива в механическую; газораспределительный механизм (ГРМ), обеспечивает периодическую смену рабочего тела; топливоподающая система, осуществляет подачу топлива в цилиндры, основным элементом которой является ТНВД с автоматическим всережимным регулятором; впускная система, обеспечивает подачу воздуха в цилиндр; выпускная система, осуществляет отвод отработанных газов [54,66-68].
Рис.2.1. Функциональная схема дизельного двигателя
На рис. 2.1 обозначено: nз, n- задание частоты вращения и частота вращения вала отбора мощности ДД, Хр- положение рейки ТНВД, q- цикловая подача дизельного топлива, Gв- подача воздуха, Gг- выхлопные газы.
Работа ДД на переменных скоростных и нагрузочных режимах обеспечивается всережимным автоматическим регулятором. Всережимный регулятор обеспечивает стабильность заданной скорости движения при переменной нагрузки в пределах между регулируемыми номинальными и минимальными скоростными режимами. Наилучшие результаты даёт применение электронных автоматических регуляторов на базе микропроцессоров, позволяющих формировать цикловую подачу топлива с учётом многих факторов, характеризующих состояние самого двигателя, рабочих тел (топлива, воздуха) и окружающей среды. Наклон ветвей регуляторных характеристик может быть задан регулировкой на входе электронного всережимного регулятора [54].
Скоростные характеристики ДД с всережимным регулятором показаны на рис. 2.2, где обозначено: nmin, nmax - минимальная и максимальная частота вращения вала ДД без нагрузки, Мн,, nн - крутящий момент и частота вращения вала ДД при номинальной мощности, Мmax, - максимальный крутящий момент и соответствующая ему частота вращения n1.
Зависимость расхода топлива от частоты вращения и нагрузки на валу ДД имеет сложную и неоднозначную зависимость. На многопараметровых или универсальных характеристиках ДД [54,55] изображена зависимость эффективного удельного расхода топлива (г/кВт.ч). от среднего эффективного давления в цилиндре (кГс/см2) и частоты вращения коленчатого вала (об/мин). Их анализ показывает, что величина удельной подачи топлива при режимах, соответствующих максимальному моменту, близка к значению удельной подачи топлива при работе на полной мощности (эффективный удельный расход топлива полной мощности указывается в паспортных данных ДД). В области средних нагрузок и частот вращения наблюдается уменьшение удельной подачи топлива на 10-15%.
Рис. 2.2. Скоростные характеристики ДД с всережимным регулятором:
1 - внешняя скоростная характеристика,
2, 3, 4 - частичные скоростные характеристики.
В качестве прототипа КСБГ для исследования ТЭП в режиме рекуперативного торможения выберем аналогичные по конструктивным параметрам автосамосвалы грузоподъемностью 75-80 тонн БелАЗ-549 и БелАЗ-7509 (-7549), отличающиеся тем, что на автосамосвале БелАЗ-549 установлен ТЭД смешанного возбуждения типа ДК-717А, а на БелАЗ-7509 - ДПТ ПВ типа ДК-722А, а также автосамосвал БелАЗ-7519 грузоподъемностью 120 тонн ввиду его массового использования на Полтавском горно-обогатительном комбинате. Выбор обусловлен тем, что рациональной и предельной для глубоких карьеров является грузоподъемность автосамосвалов 75-120 тонн [21].
На указанных автосамосвалах могут устанавливаться четырёхтактные ДД с нераздельной камерой сгорания, жидкостным охлаждением и с газотурбинным надувом, технические данные некоторых из них приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Основные параметры дизельных двигателей
Параметры дизельных двигателейМодель двигателя6ДМ-21А8ДМ-21АЧисло цилиндров68 Диаметр цилиндров, мм210210Ход поршня, мм210210Рабочий объём, л43,6458,15Степень сжатия1313Полная мощность, кВт732960Частота вращения коленчатый вал при полной мощности, об/мин15001500Удельный расход топлива при полной мощности, г/(кВт?ч)215215Максимальный крутящий момент, Н?м48006200Частота вращения коленчатый вал при максимальном крутящем моменте, об/мин11001100Максимальные обороты двигателя без нагрузки, об/мин18501850
Режим работы ДД при тормозном спуске БКС характеризуется фиксированным положением рычага задания частоты вращения коленчатого вала [42]. Такому режиму соответствуют частичная скоростная и нагрузочная характеристики, которую снимают при постоянном положении органа управления регулятором путем постепенного увеличения нагрузки от холостого хода (Me=0) до полной (рис. 2.3). При этом частота вращения коленчатого вала изменяется от максимальной (n=n1xx) в режиме холо