автоматический комбинированный микропроцессорный регулятор температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора

Формула изобретения

Автоматический комбинированный микропроцессорный регулятор температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора, содержащий термореле с датчиком температуры тепловой машины, подключенное к электропневматическому вентилю, угловой зубчатый редуктор, входной вал которого соединен с валом тепловой машины, а выходной вал - с валом вентилятора и фрикционной муфтой (фрикционом), пневматический поршневой пружинный одностороннего действия механизм управления, подключенный к электропневматическому вентилю, отличающийся тем, что выходной вал тепловой машины соединен с входным валом углового зубчатого редуктора посредством планетарной коробки перемены передач, в корпусе которой установлены входной вал, выходной вал и четырехзвенный планетарный механизм, который содержит: два центральных солнечных зубчатых колеса и три сцепленных между собой сателлита, связанных соответственно: первый сателлит - с первым центральным солнечным колесом, второй сателлит - с эпициклическим колесом, а третий сателлит - со вторым центральным солнечным колесом, и водило; причем входной вал коробки связан с эпициклическим колесом посредством первого блокировочного фрикциона и при этом входной вал имеет возможность соединения при помощи первого механизма свободного хода с первым центральным солнечным колесом; при этом водило остановлено тормозным фрикционом; центральное солнечное зубчатое колесо и выходной вал связаны при помощи второго блокировочного фрикциона; выходной вал коробки передач связан с центральным солнечным зубчатым колесом посредством второго механизма свободного хода; фрикционы соединены с тремя органами управления, образующими управляющее устройство, содержащими пневматические пружинные одностороннего действия механизмы и электропневматические вентили; планетарная коробка перемены передач и угловой редуктор образуют привод вентилятора, который связан с управляющим устройством; регулятор содержит датчик температуры тепловой машины, датчик мощности тепловой машины и датчик температуры охлаждающего воздуха, причем датчик температуры тепловой машины подключен к первому сравнивающему устройству, датчик мощности тепловой машины и датчик температуры охлаждающего воздуха связаны со вторым и третьим сравнивающим устройствам посредством первого и второго устройств коррекции статических характеристик датчиков; первое, второе и третье сравнивающие устройства связаны соответственно с первым, вторым и третьим задающим устройствам и с устройством суммирования, подключенным в свою очередь к управляющему устройству привода вентилятора, в программу работы которого заложен алгоритм работы комбинированного релейного шестипозиционного микропроцессорного регулятора температуры.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Автоматический комбинированный микропроцессорный регулятор температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора относится к транспортному машиностроению, в частности к области автоматических систем регулирования температуры теплоносителей (воды, масла, наддувочного воздуха, высоконагретой детали и др.) в системах охлаждения энергетических установок транспортных средств (локомотивов, автомобилей, тракторов и др.).

Уровень техники

Известны автоматические системы регулирования и регуляторы температуры, совокупность признаков которых сходна с совокупностью существенных признаков предлагаемого изобретения.

Известна система регулирования температуры охлаждающей среды тепловой машины, содержащая систему охлаждения с воздушно-жидкостным радиатором и насосом, соединенные трубопроводами, с размещенным в них датчиком температуры, вентилятор, вал которого соединен с валами двух одинаковых асинхронных двигателей с фазными роторами [Патент РФ № 2264544]. Статорные обмотки асинхронных двигателей подключены к генератору переменного тока, приводимому от тепловой машины. Роторные обмотки асинхронных двигателей соединены последовательно и подключены к выпрямителю. Статор одного из асинхронных двигателей выполнен поворотным и соединен с датчиком температуры посредством первого блока управления и микропроцессорного контроллера, к которому подключен второй блок управления тепловой машиной. В трубопровод системы охлаждения на выходе из тепловой машины включен полупроводниковый термоэлектрический охладитель, соединенный с выходом выпрямителя. Система регулирования температуры охлаждающей среды тепловой машины снабжена устройством замыкания роторных обмоток асинхронных двигателей, подключенным к микропроцессорному контроллеру.

Известна также система регулирования температуры наддувочного воздуха тепловой машины, содержащая нагнетатель наддувочного воздуха для нагнетания его через теплообменник в тепловую машину, охлаждаемую водой [Патент РФ № 2256090]. Поток воды распределяется трехходовым перепускным клапаном с исполнительным механизмом между теплообменником и водо-воздушным радиатором, обдуваемым воздухом, подаваемым вентилятором и проходящим через поворотные створки жалюзи. Датчик температуры наддувочного воздуха установлен на магистрали нагнетания воздуха между теплообменником и тепловой машиной для управления двумя исполнительными механизмами, один из которых связан с клапаном, а другой - с поворотными створками жалюзи. Вал вентилятора соединен с валами двух одинаковых асинхронных двигателей с фазными роторами, статорные обмотки которых подключены к генератору переменного тока, приводимому во вращение от вала тепловой машины. Роторные обмотки асинхронных двигателей соединены последовательно и подключены к выпрямителю, к выходу которого подключен термоэлектрический охладитель, управляемый переключателем полярности, соединенным с первым выходом микропроцессорного контроллера. Блок замыкания роторных обмоток соединен со вторым выходом микропроцессорного контроллера. Статор одного из асинхронных двигателей выполнен поворотным и связан с приводом, подключенным к третьему выходу микропроцессорного контроллера. К четвертому и пятому выходам микропроцессорного контроллера подключены исполнительные механизмы трехходового перепускного клапана и поворотных створок жалюзи, а к двум его входам подключены датчики температуры наддувочного воздуха и температуры воды тепловой машины.

Регуляторы температуры, входящие в состав этих автоматических систем регулирования с электрическим приводом вентилятора, имеют существенные недостатки. Они отличаются большой сложностью, пониженной надежностью и пониженным КПД. В регуляторах применено два двигателя вместо одного. Один из двигателей выполнен с поворотным статором, соединенным с механизмом поворота. Эти двигатели с фазным ротором имеют надежность меньшую, чем надежность двигателей с короткозамкнутым ротором. Из-за наличия в цепи роторных обмоток двигателей резисторов номинальные значения КПД двигателей понижены на 6-9%.

Аналоги предлагаемого изобретения, наиболее близкие к нему по совокупности существенных признаков (прототип)

Известны автоматические релейные двухпозиционные регуляторы температуры охлаждающих сред дизеля, применяемые на тепловозах серий ТЭ3, ТЭ7, ТЭМ1, ТЭМ2, ТЭМ2У, ТЭМ18Д и др. [Тепловоз ТЭ3 / К.А. Шишкин, Л.Н. Гуревич, А.Д. Степанов и др. - М.: Транспорт, 1976. Тепловозы ТЭМ1 и ТЭМ2 / П.М. Аронов, В.А. Бажинов, Д.А. Батурин и др. - М.: Транспорт, 1976, стр.86-98. Тепловоз ТЭМ2У. - М.: Транспорт, 1988, стр.34-46. Приводы вспомогательных механизмов / А.С. Космодамианский, М.И. Борзенков, В.И. Воробьев и др. - Орел: ОрелГТУ, 2007, стр.38-52]. В этих регуляторах температурные функции управляющих органов выполняют двухпозиционные термореле (с датчиком температуры с жидким наполнителем) с электропневматическими вентилями, функции исполнительного механизма выполняет механический привод вентилятора, а функции регулирующего органа выполняет осевой вентилятор охлаждения. Механический привод вентилятора охлаждения содержит угловой зубчатый редуктор, входной вал которого соединяется с помощью валов с валами дизеля и фрикционной муфты (фрикциона) с органом управления, содержащим пневматический поршневой пружинный одностороннего действия механизм включения и выключения муфты и электропневматический вентиль. Выходной вал углового редуктора соединяется с валом вентилятора охлаждения.

Механический привод вентилятора имеет более высокий КПД, чем гидродинамический, гидрообъемный и электрический приводы. КПД механического привода вентилятора остается высоким на всех режимах работы, тогда как КПД гидродинамического, гидрообъемного и электрического приводов уменьшаются при уменьшении частоты вращения вентилятора охлаждения. Механический привод вентилятора также имеет меньшую удельную массу на единицу мощности, меньшие габаритные размеры и меньшую стоимость.

Однако автоматические релейные двухпозиционные регуляторы температуры охлаждающих сред дизеля с механическим приводом (с одной ступенью передачи) вентилятора охлаждения имеют существенные недостатки.

Регулирование температуры охлаждающих сред дизеля осуществляется релейно путем включения и выключения вентилятора при срабатывании термореле. Статические характеристики автоматического релейного двухпозиционного регулятора температуры охлаждающих сред дизеля имеют вид петли и представлены на фиг.1 (Фиг.1. Статические характеристики автоматического релейного двухпозиционного регулятора температуры охлаждающих сред дизеля: а - при номинальной частоте вращения, соответствующей номинальной подаче вентилятора G _{в ном}; б - при минимальной частоте вращения вала дизеля, соответствующей минимальной подаче вентилятора G_{в мин} ). Разность температур включения Т_м2 и выключения T_м1 вентилятора представляет собой зону нечувствительности (возврата) регулятора 2 Z_нч, которая является статическим параметром настройки регулятора. Включения и выключения вентилятора приводят к колебаниям температуры охлаждающих сред дизеля со значительными амплитудами и к увеличенному расходу топлива дизелем, к уменьшению его ресурса и к увеличению вредных выбросов в атмосферу с выхлопными газами. Колебания температуры охлаждающих сред дизеля со значительными амплитудами приводят к уменьшению надежности радиаторов охлаждающего устройства и к увеличенным затратам энергии на привод вентилятора. При включении вентилятора из-за большого момента инерции вентиляторного колеса наблюдаются значительные динамические нагрузки в валопроводе, что приводит к значительному снижению надежности привода вентилятора.

Сущность изобретения

Недостатки автоматического релейного регулятора температуры охлаждающих сред дизеля с механическим приводом вентилятора охлаждения можно значительно уменьшить путем преобразования его из двухпозиционного в многопозиционный. Чем больше позиций имеет релейный регулятор, тем больше релейная система с таким регулятором приближается к системе непрерывного действия по показателям качества работы. В предлагаемом автоматическом релейном шестипозиционном микропроцессорном регуляторе температуры тепловой машины в механическом приводе вентилятора применена планетарная коробка перемены передач (ПКП) с тремя ступенями передачи. По сравнению с коробками передач, образованными простыми зубчатыми механизмами, ПКП обладают рядом преимуществ [Филичкин Н.В. Анализ планетарных коробок передач транспортных и тяговых машин. - Челябинск, Ю-УрГТУ, 2005, стр.9-12]:

1. Более высокая удельная мощность при малых габаритах и массе. Это обусловлено передачей мощности параллельными потоками одновременно через несколько пассивных звеньев-сателлитов в каждом нагруженном планетарном механизме.

2. Высокие значения КПД.

3. Простота как ручного, так и автоматического управления ПКП.

4. Соосность компоновки, то есть совпадение осей ведущего и ведомого валов.

5. Практически полное отсутствие радиальных нагрузок на основных звеньях ПКП.

В корпусе 1 ПКП с тремя ступенями передачи (см. фиг.2. Принципиальная схема планетарной коробки перемены передач) установлены входной вал 2, выходной вал 3 и сложный четырехзвенный планетарный механизм компактной структуры 4, который содержит два центральных солнечных зубчатых колеса 5 и 6, три сцепленных между собой сателлита 7, 8, 9 и водило 11. Сателлиты 7, 8 и 9 связаны соответственно:

первый сателлит 7 - с первым центральным солнечным колесом 5, второй сателлит 8 - с эпициклическим колесом 10, а третий 9 - со вторым центральным солнечным колесом 6. Входной вал 2 может быть связан с эпициклическим колесом 10 через первый блокировочный фрикцион (ПБФ) 12, и при этом входной вал 2 имеет возможность соединения при помощи механизма свободного хода 13 с первым центральным солнечным колесом 5. При этом водило 11 может быть остановлено тормозным фрикционом (ТФ) 14. Далее, центральное солнечное зубчатое колесо 5 и выходной вал 3 могут быть связаны при помощи второго блокировочного фрикциона (ВБФ) 15. И, кроме того, выходной вал 3 может быть связан с центральным солнечным зубчатым колесом 6 посредством механизма свободного хода 16.

Такая ПКП обеспечивает исключение разрыва потока мощности при переключении передач путем последовательного включения очередных элементов управления (двух фрикционов ПБФ, ВБФ и одного тормозного фрикциона ТФ) без отключения предыдущих. ПКП работает следующим образом. Для включения первой ступени передачи включается первый блокировочный фрикцион ПБФ 12 и заклиниваются механизмы свободного хода 13 и 16. Вращение с частотой _м передается с ведущего вала 2 через включенный блокировочный фрикцион ПБФ 12 на эпициклическое колесо 10, через механизм свободного хода 13 - на солнечное колесо 5. При этом, поскольку два звена планетарного механизма 4 приобрели одинаковую угловую скорость, такую же скорость будут иметь остальные два звена планетарного механизма: центральное солнечное зубчатое колесо 6 и водило 11. Центральное солнечное колесо 6 через заклиненный механизм свободного хода 16 приведет во вращение с частотой _к выходной вал 3.

Для включения второй ступени передачи ПКП включается тормозной фрикцион ТФ 14, при этом первый блокировочный фрикцион ПБФ 12 не выключается, но отключается механизм свободного хода 13 из-за того, что при остановленном водиле 11 солнечное колесо 5 приобретет большую, чем у эпициклического колеса 10 угловую скорость. Вращение передается с входного вала 2 ПКП через оставленный включенным блокировочный фрикцион ПБФ 12 на эпициклическое колесо 10, далее на третий сателлит 9 и второе центральное солнечное колесо 6, с него на оставшийся заклиненным механизм свободного хода 16 и на выходной вал 3.

Для включения третьей ступени передачи ПКП включается второй блокировочный фрикцион ВБФ 15, при этом первый блокировочный фрикцион ПБФ 12 и тормозной фрикцион ТФ 14 остаются включенными, а механизм свободного хода 16 расклинивается, так как из-за включения второго блокировочного фрикциона ВБФ 15 выходной вал 3 приобретает угловую скорость, большую, чем у солнечного колеса 6. Вращение передается с ведущего вала 2 ПКП через включенный первый блокировочный фрикцион ПБФ 12 на эпициклическое колесо 10, далее на второй сателлит 8, первый сателлит 7 и с него - на первое центральное солнечное колесо 5, второй блокировочный фрикцион ВБФ 15 и на выходной вал 3.

Таким образом, при работе ПКП при переходе с передачи на смежную ступень передачи как в восходящем, так и в нисходящем порядке не происходит разрыва потока мощности, поскольку не отключаются включенные предыдущие управляющие элементы, а подключается следующий при переключении на высшую, либо выключается последний при переходе на низшую ступень передачи, что сопровождается автоматическим заклиниванием или расклиниванием механизмов свободного хода 13 и 16.

Для управления фрикционами ПКП применяются пневматические или гидравлические устройства (органы управления), содержащие электропневматический или электрогидравлический вентиль (клапан) и пневматический или гидравлический поршневой или мембранный пружинный одностороннего действия механизм.

В предлагаемом автоматическом комбинированном микропроцессорном регуляторе температуры тепловой машины механический привод вентилятора имеет более высокую надежность, так как вентилятор включается в работу только на первой ступени передач, обеспечивающей пониженную частоту вращения вала вентиляторного колеса _в, например, 0,2 от номинального значения. Затем следующее увеличение частоты вращения вентиляторного колеса _в при переходе с первой на вторую ступень передачи также небольшое и осуществляется без предварительного выключения вентилятора. Увеличение частоты вращения вентиляторного колеса _в при переходе со второй на третью ступень передачи также небольшое и осуществляется без предварительного выключения вентилятора. Эти условия обуславливают пониженные динамические нагрузки в элементах привода вентилятора и значительное повышение его надежности. При частоте вращения 0,2 от номинального значения вентиляторного колеса подача вентилятора G_{в ном} составляет 0,2, вращающий момент на валу вентилятора составляет 0,04, а мощность 0,008 от номинальных значений. На второй ступени передачи, обеспечивающей также пониженную частоту вращения вентиляторного колеса _в, например, 0,5 от номинального значения. При такой частоте вращения вентиляторного колеса подача вентилятора G_в составляет 0,5, вращающий момент на валу вентилятора составляет 0,25, а мощность 0,125 от номинальных значений.

Применение пониженных ступеней передач и частот вращения вентилятора обеспечивает уменьшение затрат энергии на привод вентилятора, повышение надежности привода и уменьшение амплитуды и частоты колебаний температуры тепловой машины T_м , что приводит к уменьшению расхода топлива тепловой машиной и к повышению надежности радиаторов ее охлаждающего устройства.

Автоматический комбинированный микропроцессорный регулятор температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора (см. фиг.3. Принципиальная схема автоматического комбинированного микропроцессорного регулятора температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора) содержит датчик 17 температуры тепловой машины T_м (ДТМ), датчик 18 мощности тепловой машины N (ДМ) и датчик 19 температуры наружного охлаждающего воздуха T_в (ДТВ), микропроцессорный контроллер 20 (МПК), планетарную коробку перемены передач 1 ПКП, три органа управления фрикционами (ОУФ): 21 - первым блокировочным фрикционом, 22 - тормозным фрикционом и 23 - вторым блокировочным фрикционом, тепловую машину 24, которая является приводом входного вала планетарной коробки перемены передач, угловой зубчатый редуктор 25 и вентилятор охлаждения 26 (ВО).

Любая автоматическая система регулирования (АСР) содержит две основные функциональные части: объект регулирования (ОР) и автоматический регулятор (АР). Любой автоматический регулятор содержит две основные соединенные последовательно функциональные части: управляющий орган (УО) и исполнительно-регулирующее устройство (ИРУ). Управляющий орган содержит устройства: измерительное (ИУ) (датчик регулируемой величины), задающее (ЗУ), сравнивающее (СУ) и усилительное. В свою очередь исполнительно-регулирующее устройство содержит две соединенные последовательно функциональные части:

исполнительный механизм (ИМ) и регулирующий орган (РО). В автоматических регуляторах температуры, содержащих в качестве регулирующего органа вентилятор, функции исполнительного механизма выполняет привод вентилятора [Луков Н.М. Основы автоматики и автоматизации тепловозов. - М.: Транспорт, 1989; Луков Н.М. Автоматическое регулирование температуры двигателей. - М.: Машиностроение, (1977), 1995; Луков Н.М., Космодамианский А.С. Автоматические системы управления локомотивов. - М.: ГОУ УМЦ по образованию на ж-д транспорте, 2007].

Автоматическая комбинированная микропроцессорная система регулирования температуры тепловой машины с предлагаемым автоматическим комбинированным релейным шестипозиционным микропроцессорным регулятором температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора, содержит следующие функциональные элементы (см. фиг.4. Функциональная схема автоматической комбинированной микропроцессорной системы регулирования температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора): объект регулирования температуры ОР 27 (систему охлаждения тепловой машины - СО), первое измерительное устройство (ИУ1) 17 (датчик температуры тепловой машины - ДТМ) с выходным сигналом х _д1, второе измерительное устройство (ИУ2) 18 (датчик мощности тепловой машины - ДМ) с выходным сигналом х_д2, третье измерительное устройство (ИУЗ) 19 (датчик температуры охлаждающего воздуха - ДТВ) с выходным сигналом х_д3, регулирующий орган РО 26 (вентилятор охлаждения - ВО), исполнительный механизм ИМ 28 (привод вентилятора - ПВ) с выходным сигналом h_им , три задающих устройства 29, 30, 31 - (ЗУ1), (ЗУ2) и (ЗУ3) с сигналами задания ₁, ₂, ₃, и с выходными сигналами х_зу1, х_зу2 и х_зу3, три сравнивающих устройства 32, 33, 34 - (СУ1), (СУ2) и (СУ3) с выходными сигналами х_су1, х_су2 и х_су3, два устройства коррекции 35, 36 - (УК1) и (УК2) статических характеристик измерительных устройств ИУ2 и ИУ3, выходные сигналы УК1 и УК2 - х_ук1 и х_ук2 , устройство суммирования 37 УС выходных сигналов х_су1, х_су2 и х_су3 сравнивающих устройств СУ1, СУ2 и СУ3, выходной сигнал УС - х_ус и управляющее устройство 38 УУ с выходным сигналом х_уу.

Устройства коррекции УК1 и УК2 статических характеристик измерительных устройств ИУ2 и ИУ3 предназначены для установления степени влияния сигналов возмущающих воздействий ₁ и ₂ на регулирующее воздействие и. Степени влияния сигналов возмущающих воздействий ₁ и ₂ на регулирующее воздействие µ, определяются значениями коэффициентов передачи устройств коррекции УК1 и УК2: k_ук1, k_ук2 (статические параметры настройки регулятора). Например, температура воды двигателя внутреннего сгорания при постоянной мощности изменяется пропорционально температуре охлаждающего воздуха, а коэффициент пропорциональности (коэффициент передачи системы охлаждения двигателя по температуре охлаждающего воздуха) равен единице [Луков Н.М. Автоматическое регулирование температуры двигателей. - М.: Машиностроение, 1995. стр.39]. Поэтому для уменьшения влияния температуры охлаждающего воздуха на регулирующее воздействие µ, а значит и на температуру воды двигателя внутреннего сгорания, необходимо делать меньше единицы значение коэффициента передачи устройства коррекции УК2.

Выходной сигнал устройства суммирования (УС) определяется из выражения

Принципиальная блок-схема автоматической комбинированной микропроцессорной системы регулирования тепловой машины, содержащей предлагаемый автоматический комбинированный микропроцессорный регулятор температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора, представлена на фиг.5 (Фиг.5. Принципиальная блок-схема автоматической комбинированной микропроцессорной системы регулирования температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора).

Предлагаемый автоматический микропроцессорный шестипозиционный регулятор температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора является комбинированным, так как в нем для управления исполнительно-регулирующим устройством кроме сигнала регулируемой температуры - T_м используются еще сигналы внешних возмущающих воздействий ₁ и ₂: мощности тепловой машины N и температуры охлаждающего воздуха Т_в. В результате регулирующее воздействие µ на объект регулирования определяется выражением (алгоритмом работы комбинированного регулятора температуры) [Луков Н.М. Основы автоматики и автоматизации тепловозов. - М.: Транспорт, 1989, стр.19; Луков Н.М., Космодамианский А.С. Автоматические системы управления локомотивов. - М.: ГОУ УМЦ по образованию на ж-д транспорте, 2007,стр.22]

где k_p, k_{p 1}, k_{p 2} - коэффициенты передачи регулятора по каналам действия регулируемой величины (температуры Т_м тепловой машины) и возмущающих воздействий (мощности тепловой машины N и температуры охлаждающего воздуха T_в) являются статическими параметрами настройки регуляторов. Автоматический комбинированный микропроцессорный регулятор температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора содержит три регулятора (фиг.4). Регулятор температуры T_м тепловой машины по отклонению ее от заданного значения вместе с объектом регулирования образует замкнутый контур регулирования и содержит функциональные элементы: ИУ1, СУ1, ЗУ1, УС, УУ, ИМ и РО. Регулятор температуры T_м тепловой машины по мощности тепловой машины вместе с объектом регулирования образует разомкнутый контур регулирования и содержит функциональные элементы: ИУ2, УК1, СУ2, ЗУ2, УС, УУ, ИМ и РО. Регулятор температуры T _м тепловой машины по температуре охлаждающего воздуха вместе с объектом регулирования образует разомкнутый контур регулирования и содержит функциональные элементы: ИУ3, УК2, СУ3, ЗУ3, УС, УУ, ИМ и РО.

Автоматический комбинированный микропроцессорный регулятор температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора работает следующим образом (фиг.3). При отключенных датчиках 18 и 19 мощности тепловой машины N и температуры охлаждающего воздуха T_в и трехступенчатом зубчатом редукторе в приводе вентилятора микропроцессорный контроллер 20 обеспечивает включение (при повышении температуры T_м тепловой машины 1 до значений: T_м2, T_м4 и T_м6 ) или выключение (при понижении температуры T_м тепловой машины 1 до значений: T_м1, T_м3 и Т _м5) соответствующей передачи. В результате автоматический микропроцессорный шестипозиционный релейный регулятор температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора имеет статические характеристики, представленные на фиг.6 (Фиг.6. Статические характеристики автоматического релейного шестипозиционного микропроцессорного регулятора температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора при номинальной и минимальной частоте вращения вала машины). При таком регуляторе температуры поле статических характеристик автоматической микропроцессорной системы регулирования температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора будет иметь вид, представленный на фиг.7 (Фиг.7. Поле статических характеристик автоматической микропроцессорной системы регулирования температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора). На фиг.7 видно, что при уменьшении мощности тепловой машины N амплитуда и размах колебаний температуры тепловой машины T_м увеличиваются. При этом также увеличивается период колебаний температуры и остаточная неравномерность T_{м ост}. Это обусловлено тем, что при уменьшении мощности тепловой машины N и температуры охлаждающего воздуха T_в увеличиваются постоянная времени и коэффициент передачи системы охлаждения тепловой машины [Попов Е.П. Автоматическое регулирование и управление. - М.: Наука, 1966, стр.309-311; Прусенко B.C. Пневматические системы автоматического регулирования технологических процессов. - М.: Машиностроение, 1987, стр.164, 165, 180-181]. Уменьшение средней температуры тепловой машины T_м при уменьшении мощности тепловой машины N приводит к увеличению расхода топлива тепловой машиной. Увеличение амплитуды и периода колебаний температуры отрицательно сказывается на технико-экономических показателях тепловой машины.

При включенных датчиках 18 и 19 мощности тепловой машины N и температуры охлаждающего воздуха T_в, то есть при действии сигналов по мощности тепловой машины N и температуре охлаждающего воздуха Т_в , и при применении в приводе вентилятора планетарной коробки передач (фиг.2) микропроцессорный контроллер 20 в соответствии с программой, заложенной в устройство управления УУ (фиг.4 и 5), обеспечивает включение и выключение соответствующей передачи не только в зависимости от сигнала температуры тепловой машины T_м, но и от сигналов по мощности тепловой машины N и по температуре охлаждающего воздуха Т_в. Автоматический комбинированный релейный шестипозиционный микропроцессорный регулятор температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора имеет статические характеристики (Фиг.8. Статические характеристики автоматического комбинированного релейного шестипозиционного микропроцессорного регулятора температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора), отличные от характеристик, приведенных на фиг.6. При этом алгоритм (закон) работы устройства управления УУ приводом вентилятора ПВ имеет вид:

_в= _в3 при х_уу6<х_уу<х _уу5 - включены ПБФ и первая передача;

_в= _в2 при х_уу4<х_уу<х _уу3 - включены ТФ и вторая передача;

_в= _в1 при х_уу2<х_уу<х _уу1 - включены ВБФ и третья передача.

Для того, чтобы при уменьшении мощности тепловой машины N и температуры охлаждающего воздуха Т_в не увеличивалась амплитуда колебаний температуры тепловой машины Т_м зона нечувствительности устройства управления УУ, а значит и регулятора температуры, уменьшается при уменьшении частоты вращения _в вентилятора охлаждения ВО. Зона нечувствительности устройства управления УУ: при первой передаче 2 Z_нч1=х_уу5-х_уу6, при второй передаче 2 Z_нч2=х_уу3-х_уу4 и при третьей передаче 2 Z_нч3=х_уу1-х_уу2. Соотношение зон нечувствительности: Z_нч1=k_z1 Z_нч2; Z_нч2=k_z2 Z_нч3; k_z1>k_z2>1. Значения зоны нечувствительности Z_нч1 и коэффициентов k_z1 и k _z2 являются статическими параметрами настройки регулятора. Интервалы х_уу4-х_уу5 и х_уу2-х _уу3 составляют 0,1-0,2 от зоны нечувствительности. В результате поле характеристик автоматической комбинированной микропроцессорной системы регулирования температуры тепловой машины, содержащей автоматический комбинированный релейный шестипозиционный микропроцессорный регулятор температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора, будет иметь вид, представленный на фиг.9 (Фиг.9. Поле характеристик автоматической комбинированной микропроцессорной системы регулирования температуры тепловой машины). На фиг.9 видно, что при уменьшении мощности тепловой машины N температуры тепловой машины Т_м увеличиваются, что обеспечивает уменьшение расхода топлива тепловой машиной [Луков Н.М. Автоматическое регулирование температуры двигателей. - М.: Машиностроение, 1995, стр.9-11].

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения

Осуществление предлагаемого изобретения позволит повысить надежность механического привода вентилятора охлаждения, радиаторов и тепловой машины, уменьшить расход топлива тепловой машиной. Технический результат достигается за счет того, что выходной вал тепловой машины соединен с входным валом углового зубчатого редуктора посредством планетарной коробки перемены передач, в корпусе которой установлены входной вал, выходной вал и четырехзвенный планетарный механизм, который содержит: два центральных солнечных зубчатых колеса и три сцепленных между собой сателлита, связанных соответственно: первый сателлит - с первым центральным солнечным колесом, второй сателлит - с эпициклическим колесом, а третий сателлит - со вторым центральным солнечным колесом, и водило; причем входной вал коробки связан с эпициклическим колесом посредством первого блокировочного фрикциона и при этом входной вал имеет возможность соединения при помощи первого механизма свободного хода с первым центральным солнечным колесом; при этом водило остановлено тормозным фрикционом; центральное солнечное зубчатое колесо и выходной вал связаны при помощи второго блокировочного фрикциона; выходной вал коробки передач связан с центральным солнечным зубчатым колесом посредством второго механизма свободного хода; фрикционы соединены с тремя органами управления, образующими управляющее устройство, содержащими пневматические пружинные одностороннего действия механизмы и электропневматические вентили; планетарная коробка перемены передач и угловой редуктор образуют привод вентилятора, который связан с управляющим устройством; регулятор содержит датчик температуры тепловой машины, датчик мощности тепловой машины и датчик температуры охлаждающего воздуха, причем датчик температуры тепловой машины подключен к первому сравнивающему устройству, датчик мощности тепловой машины и датчик температуры охлаждающего воздуха связаны со вторым и третьим сравнивающими устройствами посредством первого и второго устройств коррекции статических характеристик датчиков; первое, второе и третье сравнивающие устройства связаны соответственно с первым, вторым и третьим задающими устройствами и с устройством суммирования, подключенным в свою очередь к управляющему устройству привода вентилятора, в программу работы которого заложен алгоритм работы комбинированного релейного шестипозиционного микропроцессорного регулятора температуры.

Перечень фигур

Фиг.1. Статические характеристики автоматического релейного двухпозиционного регулятора температуры охлаждающих сред дизеля: а - при номинальной частоте вращения, соответствующей номинальной подаче вентилятора G_{в ном}; б - при минимальной частоте вращения вала дизеля, соответствующей минимальной подаче вентилятора G _{в мин}.

Фиг.2. Принципиальная схема планетарной коробки перемены передач.

Фиг.3. Принципиальная схема автоматического комбинированного микропроцессорного регулятора температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора.

Фиг.4. Функциональная схема автоматической комбинированной микропроцессорной системы регулирования температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора.

Фиг.5. Принципиальная блок-схема автоматической комбинированной микропроцессорной системы регулирования температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора.

Фиг.6. Статические характеристики автоматического релейного шестипозиционного микропроцессорного регулятора температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора при номинальной и минимальной частоте вращения вала машины.

Фиг.7. Поле статических характеристик автоматической микропроцессорной системы регулирования температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора.

Фиг.8. Статические характеристики автоматического комбинированного релейного шестипозиционного микропроцессорного регулятора температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора.

Фиг.9. Поле характеристик автоматической комбинированной микропроцессорной системы регулирования температуры тепловой машины.

Перечень позиций, соответствующих на рисунках основным элементам автоматического комбинированного микропроцессорного регулятора температуры тепловой машины с механическим приводом вентилятора

Фиг.2 и 3:

1 - корпус планетарной коробки перемены передач;

2 - входной вал планетарной коробки перемены передач;

3 - выходной вал планетарной коробки перемены передач;

4 - четырехзвенный планетарный механизм компактной структуры планетарной коробки перемены передач;

5 и 6 - центральные солнечные зубчатые колеса планетарной коробки перемены передач;

7, 8 и 9 - сателлиты планетарной коробки перемены передач;

10 - эпициклическое колесо планетарной коробки перемены передач;

11 - водило планетарной коробки перемены передач;

12 - первый блокировочный фрикцион планетарной коробки перемены передач;

13 и 16 - механизмы свободного хода планетарной коробки перемены передач;

14 - тормозной фрикцион планетарной коробки перемены передач;

15 - второй блокировочный фрикцион планетарной коробки перемены передач;

16 - см. поз.13.

Фиг.3, 4 и 5:

17 - датчик температуры тепловой машины (первое измерительное устройство);

18 - датчик мощности тепловой машины (второе измерительное устройство);

19 - датчик температуры наружного охлаждающего воздуха (третье измерительное устройство);

20 - микропроцессорный контроллер;

21 - орган управления первым блокировочным фрикционом;

22 - орган управления тормозным фрикционом;

23 - орган управления вторым блокировочным фрикционом;

24 - тепловая машина;

25 - угловой зубчатый редуктор;

26 - вентилятор охлаждения (регулирующий орган).

Фиг.4 и 5:

27 - объект регулирования температуры (система охлаждения тепловой машины);

28 - исполнительный механизм (привод вентилятора);

29, 30 и 31 - задающие устройства;

32, 33 и 34 - сравнивающие устройства;

35 и 36 - устройства коррекции;

37 - устройство суммирования выходных сигналов сравнивающих устройств;

38 - управляющее устройство.

Перечень условных сокращений

АСР - автоматическая система регулирования

ОР - объект регулирования

АР - автоматический регулятор

УО - управляющий орган

ИРУ - исполнительно-регулирующее устройство

ИУ, ИУ1, ИУ2 и ИУ3 - измерительное устройство

ЗУ, ЗУ1, ЗУ2 и ЗУ3 - задающее устройство

УУ - управляющее устройство

УК1 и УК2 - устройства коррекции

СУ, СУ1, СУ2 и СУ3 - сравнивающее устройство

ИМ - исполнительный механизм

РО - регулирующий орган

ПКП - планетарная коробка перемены передач

ПБФ - первый блокировочный фрикцион

ТФ - тормозной фрикцион

ВБФ - второй блокировочный фрикцион

ДТМ - датчик температуры тепловой машины

ДМ - датчик мощности тепловой машины

ДТВ - датчик температуры наружного охлаждающего воздуха

МПК - микропроцессорный контроллер

ОУФ - орган управления фрикционом

ВО - вентилятор охлаждения

ПВ - привод вентилятора.

Перечень обозначений величин

G_в - подача вентилятора

G_{в ном} - номинальная подача вентилятора

G_{в мин} - минимальная подача вентилятора

2 Z_нч - зона нечувствительности (возврата) регулятора

_м - частота вращения вала тепловой машины

_к - частота вращения выходного вала планетарной коробки перемены передач

_в - частота вращения вала вентиляторного колеса

T_м - температура тепловой машины

T_в - температура наружного охлаждающего воздуха

N - мощность тепловой машины

х _д1 - выходной сигнал датчика температуры тепловой машины (первого измерительного устройства)

x_д2 - выходной сигнал датчика мощности тепловой машины (второго измерительного устройства)

х_д3 - выходной сигнал датчика температуры наружного охлаждающего воздуха (третьего измерительного устройства)

h_им - выходной сигнал исполнительного механизма (привода вентилятора)

₁, ₂ и ₃ - сигналы задания

х_зу1 , х_зу2 и х_зу3 - выходные сигналы задающих устройств

х_ук1 и х_ук2 - выходные сигналы устройств коррекции

х_су1, х_су2 и х_су3 - выходные сигналы сравнивающих устройств

х_ус - выходной сигнал устройства суммирования выходных сигналов сравнивающих устройств

х _уу - выходной сигнал управляющего устройства

₁ и ₂ - возмущающие воздействия

µ - регулирующее воздействие

k_ук1 и k_ук2 - коэффициенты передачи устройств коррекции

- сигнал регулируемой величины (температуры тепловой машины)

k_р, k_{p 1} и k_{p 2} - коэффициенты передачи регулятора по каналам действия регулируемой величины и возмущающих воздействий

T_{м ост} - остаточная неравномерность

2 Z_нч1 - зона нечувствительности устройства управления при первой передаче

2 Z_нч2 - зона нечувствительности устройства управления при второй передаче

k_z1 k_z2 - коэффициенты, характеризующие соотношение зон нечувствительности устройства управления при первой и второй передаче.