【doc】配A型泵的6105Q2柴油机调速系统动态过程分析

配A型泵的6105Q2柴油机调速系统动态过
程分析
第1l卷第3期
l989年9月
武汉工学院
JOURNALoFWUHANINS1椰TEoFTECHNOLoGY
V olI1怕3
SeOt1989
配A型泵的6105Q2柴油机
调速系统动态过程分析
汪海清道克森董敬
(车工程系)
摘要
本文以柴油机,谓速器,喷抽泵为三个独立部件,建立了柴油机诃速系统数学模型,并通
过试验验证了该模型的正确性.在此基础上.用计算机仿真的方法.着重分析了喷油泵柱塞直
径,柱塞螺旋1匾角等七个主要参数对柴油机调速系统动态过程的影响.塌后.本文对如何改善
动态过程性能指标提出了一些新见解.
关键词:柴油机调速系统;动态过程
1数学模型的建立
本文的研究对象为:湖南省动力机厂生产的型号为6105Q2的车用柴油机配衡阳气车
配件厂生产的型号为BH6A85XYSZS喷油泵,TQ200/1000ARSV调速器,以及负荷为
湘西仪表厂生产的SG250水力测功机所组成的柴油机调运系统.方桎图如图1所
示.
稿件收到日期:1988年2月5日
图1柴油机谓速系统方框图
40?武汉工学院
据圈1可知,当以增量形式列出各部件微分方程后,再化成无量纲形式,得哥～经微分方程
诃逮器:2"r/+Tr/+T=,
:
柴油机及负载:T】+T2=口～T32
喷油泵:K一(3j
(1)～(3)式中各符号意义如下:
r,口一感应元件时间,(S)
r一缓冲时问,(S)
r,n一无量纲值
r,1一柴油机本体时间,(s)
,,一柴油机自平衡系数
一
无量纲系数
一
无得纲系数
一
调速嚣滑套无量纲位移增量
p一柴油机曲轴无量纲角速度增量
一
无量纲的耗能装置调整变化(负荷变化)
Q一柴油机无量纲循环供油量增量
对方程(1)～(3)式取拉氏变换并考虑到初始条件为零
分方程如下:
(r,:'+r,+r,Ⅱ)玎)=)
(+T2))=)一T3)
K'O)一,zCs)
得到以拉氏变换形式表示的微
(4)
(5)
(6)
上面方程(5)是没有考虑喷油泵供油量变化到柴油机输出扭矩发生变化之问的时间延
迟的影响的.由经验公式m可知,=筹+(6为柴油机每转发火缸数,为平0nⅡ'自一…～一….
衡点转速),考虑到这～影响时,(5)式应写成:
(_+)(s):q(s)e1乙(s)1
(7)式为非线性微分方程,给求解带来了困难.但固f一般很小,只有零点零几秒,
一11
m…
瓦1十T+T+f+…故用代替是可以的,其误差
非常小.消去中问变量玑q.便得到9与之间的关系式如下:
(4+3'+j+】S+.4o))
=一
(3+2+BIS+0))
㈣式中各系数为:
4
K
1
T
】r,:T
】
=
K
.
T
1T:+K(r,2T:+r,1T)f
A:=K
q(r,2T:+r,1Tt)+Kq(r,2Tt+r,oT1)
I
=K
q
(.T】+r,2Tt)+K口
T
.
T
A
o
l+K
日
T
T2
配型泵的61o5Q2柴油机调速系统动态过程分析?41
(8)式即为柴油机调述系统的数学模型.当已知外界负荷扰动形式()后,就可由(8) 式解出柴油机曲轴角速度的响应()求拉氏反变换后即得(f).亦即为柴油机角速度无
量纲增量的飞升盐线.
2数学模型的验证
为了证实上面建立的数学模型的正确性,需做以下工厂工作:首先,当柴宁由机在稳定
情况下运行时,给柴油机一个外界负荷扰动0fs),用仪器记录下柴油机转速变化过
程.然
后将)代/v(8)式解出(,拉氏反变换后求得游试验结果与计算结果进行比较,
如果两者能较好地相符,那么说明(8)式所表示的数学模型是正确的.据此数学模型,可
对柴油机调遮系统动态过程作进一步分析.
当柴油机在平衡工况(n0:18O0rpm,Me=370Nm,Ne:69.85KW)下稳定工作时,由
计算和试验可得出系数(9)式.代人(8)式得到化简后柴油机转速增量与负荷调整增量问的
用环传递函数如下:
G();—一1.497T±(10)
lj+23473s+314571
在上述平衡条件下,给水力测功机出水阀门执行电机～个阶跃电信号,将阀门突然打
开,用SC16型光线示渡器记录下出水阿开度出水压力阻力矩和转速飞升曲线.得到
了图2所示结果.
从图2可以看出,执行电机能够在0.1秒内将出水阀门开启到全开位置,但出水压力
变化速度要慢,滞后于出水阔开度变化,且需经t=1.1秒左右才能达到新的稳定水压
03bar.阻力矩变化与出水压力变化同步.柴油机转速飞升曲线没有超调,过渣过程时间
也等于1.1秒左右.稳定讽速率为:
×1oo%=x10o‰-9_.
对图2所示的出力压力变化(即负荷调整变化)形式.在0<t<tn秒内,出水压力表
达式为:
日=2.O+f0.3-2.0)/1.1t=2.0～1.545tfbar)
△==2.0—1.545t一2.0=一1.545t'(bar)
f=△日/H0=一1.545t/2.0=一O.7725t
现定义函数
=
't≥0
t<0
式
p
为
匀
LL
以
(
1C
kjr
r
++
『『『
『『『
IIII1I1{
3_._0
口口日口
42武汉工学院
为
标定开度
图2突卸负荷试验曲线
I:计算曲线Ⅱ:实铡曲线
那么,在o<t<一时闻内,出水压力增量变达式,即外界负荷扰动形式(￡)可表示0)=)一—f)
或):)一e….)
其中加)=一O7725?l/
将(s)代人(io)式.得(5),取拉氏反变换得(t).
先睁f(s)代人(10)式,得
,(I.156丁一.{+23.473S+3I457l
拉氏反变换得
』f)一0.(]028+0.0873t+0.(]049e一"sin(133t+0.
611)
有了(14)式,(￡)可表示为:
(11)
rI2)
fl31
(14)
配A型泵的6105Q2柴油机调速系统动态过程分析?43
f)0≤t<r=1,ls
'l,(r)一,"一fo)r≥zo=1.1s
柴油机转速飞升曲线可表示为:
n(t)』1+(r)]=180011+()】(rpm)f
计算的转速飞升曲线如图2上虚线所示.
可以看出,它与试验曲线较为吻合.过渡过程时间为1.1秒,没有超调,稳态调速率; x100%55%
稳态谰速率误差为
×100%26%
产生误差的原因主要有三方面:
a)在列写柴油机滔速系统数学模型时做过一些假设,使之能用线性傲分方程
述,它不能完全真实地反映调速过程,即存在模型误差.但此项误差很小.实际上
立任何系统的数学模型都会或多或少地做些假设,只要它能反映事物的本质,且能控制在允许范围内,那么建立的数学模型就是有实用价值的.
b),由试验和计算所得到的线性微分方程的系数有误差,这可能还是造成误差的
方面.减小系数误差可望提高计算结果的准确性.
c),该数学模型是在小扰动的前提下推导出来的,用它来描述小扰动条件下的过
程是可以的.但现在描述的是大扰动条件下的过渡过程,不可避免会产生误差.
总之,计算结果与试验结果能较好地相符.重复试验的结果一致.证明本文建.
学模型是正确的.
3计算机仿真结果及其分析
)
～-一.-一Bo
当考察突卸负荷.r=一』rfJ1下柴油机调速系统动态过程时.(17)式戚为
+A
dq~(1)
.
o
o3
/A
o2
/A4一A3/A4'.
'-
o
BI/A'一A2/A4'0一A3/A4'
o
.
44.武汉工学院
要了解某个参数对动态过程的影响,可取不同值,由电子计算机用龙格一库塔法求解
08)式,即得各参数下的动态过程(c).这就是计算机仿真.
对柴油机来讲,突卸负荷是一种最严重的外界负荷扰动,车用柴油机出现这种情况的
并不多.但是,在突卸负荷时,如果柴油机词速系统能够正常工作,过渡过程性能指标能
满足要求的话,那么在其它负荷扰动情况下沉速系统一定能正常工作.实际上,对某系统
的动态过程性能指标进行评价时,都是以阶跃扰动来作为输入信号的.
图3～图9示出了喷油泵柱塞直径d,柱塞螺旋倾角,延迟时间,柴油机及水力泓
功机总的转动惯量J,柴油机自稳系数F,喷油泵及调速器粘性阻尼系数,诵速器稳定
性因素R七个主要因素对调速过程影响的计算机仿真曲线.
通过对图3～图9的分析,可得如下结论:
1)文中讨论的七个主要参数对柴油机调速系统的动态过程都有影响,但影响程度不
同.
2)对柴油机调速系统稳态调速率影响较大的因素有d,F.和R.当d,,F.越
太.或R越小时.稳态调速率越小.
图3柱塞直径d对调速过程的影响
①d=75@d85@d一10.0@d一12.0
图4柱塞螺旋倾角对诃速过程的影响
0d一8@d=12167.@d一16.@d一20
图5时间延迟t对河速过程的影响
0f—O200s@f—O.019s@;O000s
O5O505珊Ⅲ…"o
Ⅲ洲"o
配型泵的61o5Q2柴油机调速系统动态过程分析-45-
31对柴油机调速系统动态过程影口向较大的因素有fJ,fR.当f{越大,或J
越小时,瞬态调速率越大,过渡过程时间越长.R大时动态过程无超调,小时有超调,
过渡过程时间拉长.dF对动态过程也有影响,但相对来说影响小些.
4)瞬时调速率,过渡过程时间,稳态调速率是互为影响的,而有时是互相矛盾的,
因此分析,设计调速系统时应根据实际需要对三者进行综合考虑.
5)理论分析结果与实际情况的符合程度取决于数学模型的正确性式(9)所示系数的
准确性以及扰动作用的强烈程度.
21.0
l7.5
j4.0
l0.5
7.0
3.5
(t)XIO0
巨图6转动惯量J对河逮过程的影响
①J=05kg-m@J=l_284-1TL
③J=1.8?m@J一2.4?m
图8牯阻系数对调速过程的影响
①:10.004)N-s/cm@=2.546N?s/crft
0=4000N?s/cm④=1.500N?s/cm
日7柴油机自稳系数Fp对调速过程的影响
@一It)000Nm-s@F—一5.000Nm?s
@F口:--0554Nm?s0F口=5.000Nm?s
图9调速器稳定性因素R对调速过程的影响
①R=I5004)0N/cm@R:Ilo]96N/cm
@R=60000N/cln
0505O5O5砌枷㈨加"
～
帅㈨加.
46?武汉工学院
参考文献
【苏1B.N.克鲁托夫着武国戒译.内燃机自动谪节.新时代出版桂.1986
西安变通大学内燃机教研室编.内燃机原理.:匕京:中国农业机械出版社.1982 邵家骧.柴油机调速系统仿真与设计.中国内燃机学会首届学术年会论文,19845 叶纲宣,陈旃福.饵速系统饵节品质与液压诵速器质量.内燃机车.1984;(I1):22-27 ANANALYSISOFDYNAMICpROCESSOF6105Q2DIESEL SPEEDADJUSTINGSYSTEMEQUIPEDWITHA—PUMP
WangHa曲ingDaoKesengDong.[ing (DepartmentofAutomobileEngineering)
ABSrRACr Thispaperhasestablishedamathematicmodelofthedieselenginespeedadstingsys+ temonthebasisoftakingthedieselengine,governorandinjectionpumpasthreeiadcpcn. dentparts,andprovedthecorrect~essofthemathematicmodelwithexperiment.Itdis. Cussestheinfluenceofsevenmainparameterssuchastheplungerdiameter,theangleof helixoftheplungeretconthedynamicprocessofthedieselenginespeedadjustingsystem bymeansofthecomputersimulationLastly,thepaperputsforwardsomenewideasabout howtoimprovethepropertyindexofthedynamicprocesses.
Keywords:dieselengine;speedadjustingsystem;dynamicprocess。