Рациональное совмещение характеристик двигателя внутреннего сгорания и электрического привода постоянного тока промышленного трактора

Так как выражение в квадратных скобках уравнения (4) согласно уравнениям (3) и (5) равно LR=l9_x 'П + 0₂ •и_еьи) = Г(а₁ -п_вх-Ь_х-1Уп-Ы -1-п_выхЛ, \ 1 D А        4. D ЫЛ / 1 \ 1 о А       1 /                Z.          О ЫА I

Бондарь В.Н., Кондаков С.В.,                        Рациональное совмещение характеристикНовосельский А.Е.двигателя внутреннего сгорания и электрического привода...

то уравнение (4) для М^ значительно упрощается:

M_ex=(.a_vn_ex-b_viyi.                                                         (6)

Уравнение моментных характеристик входа ЭП (6) дано здесь в форме, удобной для параметризации по силе тока: М_6Х = /Хи^) при Z=const. Такая параметризация часто используется в моментных характеристиках ЭП, что объясняется известными удобствами в электрических расчетах привода. По уравнению (6) можно построить моментную характеристику входа ЭП с параметризацией по силе тока.

Потребный момент, необходимый для вращения вала силового генератора ЭП трактора от ДВС с заданной частотой вращения п_вх = n_dfi_cp , может быть записан в виде

М_вх=М_д-1_ср-т]_ср,                                                                   (7)

где i_cp - передаточное число согласующего редуктора, установленного между ДВС и ЭП;

т]_ср - коэффициент полезного действия согласующего редуктора.

Приравняв правые части уравнений (6) и (7), получим выражение для определения крутящего момента двигателя, потребного для привода силового генератора ЭП трактора:

Затем на моментной характеристике ДВС произвольно выбирается на примерно равных расстояниях (по частоте вращения) друг от друга несколько точек (с, d, е, ...), одна из которых соответствует номинальной частоте вращения двигателя п_е (рис. 2). Находим координаты этих точек: M_c-n_c; M_d-n_d; М_е-п_е;....

Рис. 2. Выходная моментная характеристика ДВС

По техническим характеристикам электромашин ЭП трактора находим значение тока главной (якорной) цепи 1_р , соответствующего максимальному значению коэффициента полезного действия ЭП 77_тах. Подставляя координаты точек с, d, е,... и значение /^ в выражение (8), найдем значения передаточных чисел согласующего редуктора г, i_cpd, i_cPi., .•■■

+ Jb? -P + 4-Md. -I

.          ¹ Vmax V ¹ Птах                ^,LP Птах ¹                                                                 _/AX

I ₌----------v-----——---------------------_;                                   (9)

где j - количество точек, выбранных на моментной характеристике двигателя.

Далее, задаваясь для каждого значения i значениями пд от нуля до частоты вращения холостого хода пхх и значениями тока в главной цепи ЭП от нуля до максимально возможного тока якорной цепи /тах, на графике моментной характеристики двигателя по выражению (8) построим нагрузочные характеристики ЭП трактора в виде пучков прямых линий А,В,С, ... (рис. 3).

Рис. 3. Г рафик совместной работы ДВС и ЭП

Точки 1, 2, 3; Г, 2', 3'; 1", 2", 3" пересечения характеристик ДВС и ЭП трактора называются точками их совместной работы. Зная координаты точек совместной работы, определим параметры выходных характеристик СУ трактора, пользуясь выражениями

M_ebaj=M_dJk_3np                                                         (10)

^ =й<), "«ЭЛ;’                                                           (Ш кзп = — = 921 - силовое передаточное отношение ЭП трактора;

• и_эп = —^L =-- кинематическое передаточное отношение ЭП трактора;

^21

• 9₂, - регулирующее воздействие электропривода.

По полученным параметрам строим выходные характеристики СУ промышленного трактора (рис. 4). Имея несколько выходных характеристик, следует произвести оценку проведенного совмещения и выбрать наилучшую.

Рис. 4. Выходные характеристики ЭП трактора

Известно, что технологический процесс промышленного трактора является циклическим. Специальными исследованиями показано, что определяющей составляющей технологического процесса

Бондарь В.Н., Кондаков С.В., Рациональное совмещение характеристик Новосельский А.Е.двигателя внутреннего сгорания и электрического привода...

при обеспечении производительности тракторного агрегата является рабочий ход [1]. Рабочий ход бульдозерно-рыхлительного агрегата на базе промышленного трактора с точки зрения действующих в подсистемах нагрузок является нестационарным случайным процессом, который специальными способами может быть заменен стационарным и описан методами математической статистики [4].

Рассмотрим случай, когда частота вращения вала тягового двигателя ЭП трактора при выполнении рабочего цикла землеройных работ распределяются по нормальному закону (закону Гаусса) с плотностью распределения /(n_gbU) и полем рассеивания п_вых ±3сг (рис. 5), где п_вьк - математическое ожидание частоты вращения выходного элемента ЭП трактора; ст - среднее квадратическое отклонение частоты вращения выходного элемента ЭП трактора.

Рис. 5. Выходная характеристика ЭП трактора

Зная значения М_6ЫХ = Ф^п_вЪ1Х\ /{^п_вых) ^{и п}вых ’ ^можно определить среднюю мощность на выходном элементе ЭП трактора как математическое ожидание:

N„„_x - I Г М_смх = ф(п„_нх ) 1 ■ / ■ dn_KUX, вых      I | вых т \ вых / _J J \ вых / вых вых⁷

где и™х - максимальная расчетная частота вращения выходного элемента ЭП трактора;

и™’ - минимальная расчетная частота вращения выходного элемента ЭП трактора.

Для взятия интеграла (12) необходимо задать функцию М_6ЫХ = Ф^_вЬ1х^ в аналитической форме. Если провести аппроксимацию истиной кривой М_вък = ф(п_8ыг) квадратической параболой, то, задаваясь избранными точками 1, 2, 3 (см. рис. 5), можно записать систему уравнений

Me^a-n^+b-n^+c;

=a-nLx2+b-n8blx^c;

Мвнх3 = a-n2ebix3+b-nebix3+c, решение которой дает значения коэффициентов а, Ь, с.

Точки 1 и 3 определяются крайними значениями рабочего диапазона частоты вращения вала тягового электродвигателя ЭП трактора, а точка 2 располагается между ними. Тогда выражение (12) перепишется в виде:

|       ^П8ЫХ                                          ^^ПвЪ« ~^ПвЫХ)

N_6blx =---- f (a-n₈ +b-n² +с-н )-е ^г°^г -dn_eblx.                             (14)

О" * "Xj^TT ^min

Решение выражения (14) имеет следующий вид:

max __ ,min

Пользуясь выражением (15), проводим расчет средних мощностей N_8WcA, N_emB, N_8baC,.. . на выходном элементе ЭП трактора для каждого пучка А, В, С,... прямых нагружающих характеристик и подсчитанные значения наносим на график (рис. 6).                                ■

Рис. 6. График выходных мощностей ЭП

Соединив плавной кривой точки N_ehaA, N_SbaB, N_gHxC, ..., находим максимальное значение средней выходной мощности СУ трактора У™™ . По абсциссе точки У™” определяем передаточное число согласующего редуктора i^⁴ , обеспечивающее рациональное совмещение характеристик ДВС и ЭП промышленного трактора по критерию максимального значения средней выходной мощности СУ, определенного с учетом закона распределения частоты вращения тягового электродвигателя за рабочий цикл (рабочую операцию).

Методика рационального совмещения характеристик ДВС и ЭП применена при согласовании характеристик дизельного двигателя ЯМЗ-7511.10-18 и электропривода постоянного тока промышленного дизель-электрического трактора ДЭТ-320 производства ООО «Челябинский тракторный завод - УРАЛТРАК». По результатам совмещения получено, что максимальное значение средней выходной мощности СУ трактора ДЭТ-320, составляющее У™” = 226 кВт, обеспечивается согласующим редуктором, передаточное число которого составляет i = 0,807.

Следовательно, разработанная методика рационального совмещения позволяет подобрать к конкретному ДВС со своими выходными характеристиками двухмашинный ЭП с заранее известными нагружающими характеристиками таким образом, чтобы обеспечивалось получение максимального значения средней выходной мощности СУ промышленного трактора при выполнении им рабочей операции.