RU2258015C2 - Automatic pressure control system in traction vehicle pneumatic system - Google Patents

Abstract

FIELD: transport engineering.

SUBSTANCE: invention is designed for improvement of piston compressor plants of traction vehicles, for instance, diesel-driven rolling stock in which compressors are driven by heat engine. Proposed automatic pressure control system contains pneumatic system connected with compressor driven by shaft of heat engine through mechanical reduction gear and variable filling fluid coupling. Input of coupling is connected with spool which control delivery of oil into fluid coupling. System is furnished with continuous action control member whose control spool is coupled with diaphragm spring one-way drive connected by pipeline with pneumatic system of traction vehicle.

EFFECT: provision of automatic maintenance of pressure in pneumatic system of traction vehicle irrespective of flow rate, temperature and pressure of automatic air.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области совершенствования поршневых компрессорных установок тягового подвижного состава, например дизельного тягового подвижного состава, на котором компрессоры приводятся от теплового двигателя. На дизельном тяговом подвижном составе применяются следующие приводы компрессоров: механический не отключаемый от главного теплового двигателя; электрический регулируемый релейно; гидродинамический с регулируемой муфтой; гидродинамический с нерегулируемой муфтой; привод от вспомогательного теплового двигателя (не отключаемый) (Тепловозы. Конструкция, теория и расчет. Под ред. Н.И.Панова. - М.: Машиностроение, 1976. - 544 с.).The invention relates to the field of improvement of reciprocating compressor units of traction rolling stock, for example, diesel traction rolling stock on which compressors are driven by a heat engine. The following compressor drives are used on diesel traction rolling stock: mechanical, not disconnected from the main heat engine; electric adjustable relay; hydrodynamic with adjustable clutch; hydrodynamic with an unregulated coupling; drive from an auxiliary heat engine (not shut-off) (Diesel locomotives. Design, theory and calculation. Edited by N.I. Panov. - M.: Mechanical Engineering, 1976. - 544 p.).

Эксплуатация компрессорных установок на локомотивах значительно отличается от эксплуатации их в стационарных условиях. Из-за специфики поездной работы, конструкционных особенностей локомотивов и типов привода компрессоров это отличие характеризуется переменными скоростью вращения вала, давлением нагнетания, температурными условиями, частыми пусками и остановками или сменами рабочего и холостого хода.The operation of compressor units on locomotives is significantly different from their operation in stationary conditions. Due to the specifics of train work, the design features of locomotives and compressor drive types, this difference is characterized by variable shaft speeds, discharge pressure, temperature conditions, frequent starts and stops or changes of working and idling.

Известно, что из всех применяемых способов изменения подачи Q₂ и давления р_к компрессоров способ изменения их путем изменения скорости вращения вала компрессора ω_к является наиболее эффективным (Поршневые компрессоры. Под ред. Б.С.Фотина. - Л.: Машиностроение, 1987). Однако для поддержания давления воздуха р_к в пневматической системе тягового транспортного средства с поршневыми компрессорами широко применяются релейные автоматические системы регулирования давления.It is known that of all the methods used to change the supply Q ₂ and pressure p _{k of} compressors, the method of changing them by changing the speed of the compressor shaft ω _k is the most effective (Reciprocating compressors. Edited by B.S. Fotin. - L .: Engineering, 1987 ) However, to maintain the air pressure p _to the pneumatic system of the traction vehicle with reciprocating compressors are widely used relay automatic pressure control system.

Аналогом изобретения является автоматическая система регулирования давления воздуха в пневматической системе тягового транспортного средства (тепловоза 2ТЭ10Л), в которой при достижении максимального давления в пневматической системе тепловоза релейным автоматическим регулятором компрессоры отключаются, а при понижении давления до нижнего предела - включаются вновь (Тепловозы. Конструкция, теория и расчет. Под ред. Н.И.Панова. - М.: Машиностроение, 1976, с.308).An analogue of the invention is an automatic system for controlling the air pressure in the pneumatic system of a traction vehicle (diesel locomotive 2TE10L), in which, when the maximum pressure in the pneumatic system of a diesel locomotive is reached by a relay automatic regulator, the compressors are turned off, and when the pressure drops to the lower limit, they are turned back on (Diesel locomotives. theory and calculation. Edited by N.I. Panov. - M.: Mechanical Engineering, 1976, p. 308).

Аналогом изобретения, наиболее близким к нему по совокупности признаков (прототипом), является автоматическая система регулирования давления воздуха в пневматической системе тягового транспортного средства (тепловоза ТГМ6А), в которой при достижении максимального давления в пневматической системе тепловоза релейный автоматический регулятор (фактически двухпредельное реле) давления подает сжатый воздух в цилиндр привода золотника управления наполнением гидродинамической муфты привода компрессора, золотник перемещается в положение, при котором прекращается подача масла в полость гидродинамической муфты (В.Н.Логунов и др. Устройство тепловоза ТГМ6А. М.: Транспорт, 1989, с 214-218).An analogue of the invention, the closest to it in terms of features (prototype), is an automatic system for regulating air pressure in the pneumatic system of a traction vehicle (TGM6A locomotive), in which, when the maximum pressure in the pneumatic system of a locomotive is reached, a relay automatic regulator (actually a two-limit pressure relay) supplies compressed air to the cylinder of the spool control valve filling the hydrodynamic clutch of the compressor drive, the spool moves to at which the oil supply to the cavity of the hydrodynamic coupling is stopped (V.N.Logunov et al. Design of the TGM6A locomotive. M .: Transport, 1989, p. 214-218).

По мере опорожнения гидродинамической муфты компрессор замедляет ход и, наконец, останавливается. При достижении давления воздуха в главных воздушных резервуарах (в пневматической системе) тепловоза минимально допустимого значения релейный автоматический регулятор давления прекращает подачу сжатого воздуха в цилиндр привода золотника управления наполнением муфты, и возвратная пружина золотника перемещает его в положение, при котором осуществляется подача масла в полость гидродинамической муфты. Гидродинамическая муфта заполняется маслом, и вал компрессора вращается с максимальной скоростью.As the hydrodynamic clutch is emptied, the compressor slows down and finally stops. When the air pressure in the main air reservoirs (in the pneumatic system) of the locomotive reaches the minimum permissible value, the relay automatic pressure regulator stops the supply of compressed air to the drive cylinder of the control valve of the clutch filling, and the return spring of the spool moves it to the position at which oil is supplied to the hydrodynamic cavity couplings. The hydrodynamic clutch is filled with oil, and the compressor shaft rotates at maximum speed.

На фиг.1 изображена функциональная схема автоматической системы регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства.Figure 1 shows a functional diagram of an automatic pressure control system in the pneumatic system of a traction vehicle.

На фиг.2 - статическая характеристика автоматического регулятора давления в пневматической системе тягового транспортного средства релейного действия.Figure 2 is a static characteristic of an automatic pressure regulator in the pneumatic system of a traction vehicle relay action.

На фиг.3 - статические характеристики автоматического регулятора давления непрерывного действия: 1 - при выключении привода компрессора при ω_к=0; 2 - при выключении привода компрессора при ω_к=(0,13-0,17)ω_{к макс}.Figure 3 - static characteristics of an automatic pressure regulator of continuous operation: 1 - when the compressor drive is turned off at ω _k = 0; 2 - when the compressor drive is turned off at ω _к = (0.13-0.17) ω _{к max} .

На фиг.4 - принципиальная схема автоматической системы регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средстваFigure 4 is a schematic diagram of an automatic pressure control system in a pneumatic system of a traction vehicle

В автоматической системе регулирования давления (фиг.1.) функции исполнительно-регулирующих устройств (ИРУ), т.е. исполнительных механизмов (ИМ) в совокупности с регулирующими органами (РО), выполняют приводы компрессора и компрессоры. Сама пневматическая система тягового транспортного средства является объектом регулирования давления (ОРД). Автоматический регулятор давления (АРД) содержит кроме исполнительно-регулирующего устройства еще управляющий орган (УО), состоящий из измерительного устройства (ИУ), задающего (ЗУ), сравнивающего (СУ) и усилительно-преобразующего (УУ) устройств (Луков Н.М. Основы автоматики и автоматизации тепловозов. - М.: Транспорт, 1989).In an automatic pressure control system (Fig. 1.), the functions of executive control devices (IRA), i.e. executive mechanisms (IM) in conjunction with regulatory authorities (RO), perform compressor drives and compressors. The pneumatic system of the traction vehicle itself is an object of pressure regulation (ARD). The automatic pressure regulator (ARD) contains, in addition to the executive-regulating device, a control body (UO), consisting of a measuring device (IU), a master (ZU), a comparing (SU) and an amplifier-converting (UU) device (N. Lukov Fundamentals of automation and automation of diesel locomotives. - M.: Transport, 1989).

На объект регулирования давления действуют внешние возмущающие воздействия: расход воздуха из пневматической системы Q₁(λ₁), температура Та(λ₂) и давление р_а(λ₃) атмосферного (всасываемого) воздуха. Для поддержания регулируемой величины давления р_к(φ) в заданном диапазоне автоматический регулятор давления изменяет регулирующее воздействие - подачу воздуха Q₂(μ) в пневматическую систему. Известные релейные автоматические регуляторы давления имеют статическую характеристику в виде петли (фиг.2), и при работе автоматической системы регулирования давления величина давления р_к изменяется в пределах от р_к1 до р_к2. External disturbing influences act on the pressure control object: air flow from the pneumatic system Q ₁ (λ ₁ ), temperature Ta (λ ₂ ) and pressure p _a (λ ₃ ) of atmospheric (intake) air. To maintain an adjustable pressure value p _k (φ) in a given range, the automatic pressure regulator changes the regulatory effect - air supply Q ₂ (μ) to the pneumatic system. Known relay automatic pressure regulators have a static characteristic in the form of a loop (figure 2) , and when the automatic pressure control system is in operation, the pressure p _k varies from p _k1 to p _k2.

Технический результат, заключающийся в обеспечении автоматического поддержания давления в пневматической системе тягового транспортного средства независимо от расхода воздуха из пневматической системы, температуры и давления атмосферного воздуха, достигается тем, что автоматическая система регулирования давления, содержащая пневматическую систему, соединенную с компрессором, приводимым от вала теплового двигателя посредством зубчатого редуктора и гидродинамической муфты переменного наполнения, вход которой соединен с регулирующим золотником подачи в нее масла, снабжена управляющим органом автоматического регулятора давления непрерывного действия, содержащим корпус, в котором установлены мембрана, измерительная пружина, регулировочная гайка и регулирующий золотник подачи масла в гидродинамическую муфту, связанный с мембранным пружинным одностороннего действия приводом, при этом полость над мембраной соединена трубопроводом с пневматической системой тягового транспортного средства.The technical result, which consists in providing automatic maintenance of pressure in the pneumatic system of a traction vehicle regardless of air flow from the pneumatic system, temperature and pressure of atmospheric air, is achieved by the fact that an automatic pressure control system comprising a pneumatic system connected to a compressor driven from a thermal shaft the engine through a gear reducer and a variable-flow hydrodynamic coupling, the input of which is connected to an adjustable equipped with a spool for supplying oil to it, is equipped with a governing body of a continuous continuous pressure regulator, comprising a housing in which a membrane, a measuring spring, an adjusting nut, and a control spool for supplying oil to a hydrodynamic coupling connected to a single-acting diaphragm spring drive are installed, with a cavity above the membrane is connected by a pipeline to the pneumatic system of the traction vehicle.

Технический результат от применения непрерывной автоматической системы регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства заключается также в значительном уменьшении скорости износа деталей цилиндро-поршневой группы компрессора и уменьшении расхода смазки при непрерывном регулировании давления р_к наиболее эффективным способом - плавным изменением скорости вращения вала компрессора ω_к, при этом уменьшается время работы компрессора при максимальной скорости вращения ω_{к макс} и максимальном давлении р_{к макс} The technical result from the use of a continuous automatic pressure control system in the pneumatic system of a traction vehicle also consists in a significant reduction in the wear rate of parts of the cylinder-piston group of the compressor and a decrease in lubricant consumption while continuously adjusting the pressure p _{to the} most efficient way - by smoothly changing the speed of rotation of the compressor shaft ω _to at the same time, the compressor operating time decreases at a maximum rotation speed ω _{to max} and maximum pressure p _{to max}

Автоматическая система регулирования давления непрерывного действия содержит автоматический регулятор давления, статические характеристики которого имеют вид, показанный на фиг.3.An automatic continuous pressure control system comprises an automatic pressure regulator whose static characteristics are of the form shown in FIG. 3.

Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства с автоматическим регулятором давления непрерывного действия содержит компрессор 1, приводимый от вала турбинного колеса 2 гидродинамической муфты переменного наполнения 3. Через полый вал насосного колеса 4 гидродинамической муфты в нее поступает масло с подачей G₁. Полый вал насосного колеса 4 через зубчатый редуктор 5 соединен с валом теплового двигателя 6. Подачей масла G₁ в гидродинамическую муфту переменного наполнения управляет регулирующий золотник 7, положение которого зависит от давления р_к в камере над мембраной 8 и силы измерительной пружины 9 мембранного пружинного одностороннего действия привода. Силу затяжки измерительной пружины 9 можно изменять с помощью регулировочной гайки 10. Давление в полость над мембраной 8 подводится из пневматической системы 11 тягового транспортного средства, расход воздуха из которой Q₁ зависит от режимов работы пневматических устройств тягового транспортного средства. Мембрана 8, измерительная пружина 9, регулировочная гайка (гайка задания) 10, регулирующий золотник 7 и корпус 12 образуют управляющий орган автоматического непрерывного регулятора давления.An automatic pressure control system in the pneumatic system of a traction vehicle with an automatic continuous pressure regulator contains a compressor 1 driven from a shaft of a turbine wheel 2 of a variable-pressure fluid coupling 3. Through a hollow shaft of the pump wheel 4 of the fluid coupling, oil is supplied with a feed of G ₁ . The hollow shaft of the pump wheel 4 is connected via a gear reducer 5 to the shaft of the heat engine 6. The control valve 7 controls the oil supply G ₁ to the variable-fluid clutch, the position of which depends on the pressure p _to in the chamber above the membrane 8 and the force of the measuring spring 9 of the one-way membrane spring drive action. The tightening force of the measuring spring 9 can be changed using the adjusting nut 10. The pressure in the cavity above the membrane 8 is supplied from the pneumatic system 11 of the traction vehicle, the air flow from which Q ₁ depends on the operating modes of the pneumatic devices of the traction vehicle. The membrane 8, the measuring spring 9, the adjusting nut (job nut) 10, the regulating valve 7 and the housing 12 form the governing body of an automatic continuous pressure regulator.

Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства работает следующим образом. При р_к ниже p_к1 (см. фиг.3 и 4) измерительная пружина 9 удерживает регулирующий золотник 7 подачи масла в гидродинамическую муфту 3 в крайнем верхнем положении. Отверстие для подачи масла G₁ в гидродинамическую муфту 3 полностью открыто регулирующим золотником 7. Рабочая полость гидродинамической муфты 3 полностью заполнена маслом и турбинное колесо 2 и вал компрессора 1 вращаются со скоростью ω_{к макс.} Компрессор имеет максимальную подачу Q _макс., и давление р_к повышается. После превышения давлением р_к значения р_к1 сила давления р_к на мембрану 8 управляющего органа становится больше силы измерительной пружины 9. Мембрана начинает прогибаться вниз и регулирующий золотник 7 начинает уменьшать площадь сечения отверстия для подачи масла G₁ в гидродинамическую муфту 3. При этом подача масла в гидродинамическую муфту 3 G₁ становится меньше расхода масла из гидродинамической муфты G₂. Это приводит к уменьшению степени наполнения гидродинамической муфты 3, к уменьшению скорости вращения вала ω_к и подачи компрессора Q₂. Когда подача компрессора будет равна расходу воздуха из пневматической системы Q₁, тогда наступит установившийся режим работы автоматической системы регулирования давления и давление р_к будет постоянным. Когда давление р_к становится равным давлению р_к2, тогда регулирующий золотник 7 перекрывает подачу масла G₁ в гидродинамическую муфту 3, компрессор останавливается и подача его становится равной нулю. Поскольку компрессор дает заметную подачу лишь при скорости вращения вала ω_к>(0,13-0,17)ω_{к макс.,} то автоматическую систему регулирования давления можно настраивать так, чтобы гидродинамическая муфта 3 опоражнялась при достижении этой минимальной скорости вращения вала компрессора (фиг.3). Таким образом, при разных расходах воздуха из пневматической системы тягового транспортного средства автоматическая система регулирования давления всегда будет поддерживать подачу Q_2, равную расходу Q_1, при изменении давления в диапазоне от р_к1 до р_к2.Automatic pressure control system in the pneumatic system of a traction vehicle operates as follows. When p _to below p _k1 (see figure 3 and 4), the measuring spring 9 holds the control valve 7 of the oil supply to the hydrodynamic clutch 3 in its highest position. The hole for supplying oil G ₁ to the hydrodynamic coupling 3 is completely open by the adjusting slide 7. The working cavity of the hydrodynamic coupling 3 is completely filled with oil and the turbine wheel 2 and the compressor shaft 1 rotate at a speed of ω _{to max.} The compressor has a maximum flow Q _max. , and the pressure p _k rises. After the pressure p _k exceeds _the value p _k1 , the pressure force p _k on the membrane 8 of the governing body becomes greater than the force of the measuring spring 9. The membrane begins to bend down and the control spool 7 begins to reduce the cross-sectional area of the oil supply hole G ₁ into the hydrodynamic sleeve 3. the oil in the hydrodynamic coupling 3 G ₁ becomes less than the oil flow from the hydrodynamic coupling G ₂ . This leads to a decrease in the degree of filling of the hydrodynamic coupling 3, to a decrease in the speed of rotation of the shaft ω _k and the supply of the compressor Q ₂ . When the compressor supply is equal to the air flow from the pneumatic system Q ₁ , then the steady-state operation mode of the automatic pressure control system will come and the pressure p _k will be constant. When the pressure p _k becomes equal to the pressure p _k2 , then the control valve 7 shuts off the oil supply G ₁ to the hydrodynamic clutch 3, the compressor stops and its supply becomes equal to zero. Since the compressor gives a noticeable feed only at a shaft rotation speed ω _to > (0.13-0.17) ω _{to max., The} automatic pressure control system can be adjusted so that the hydrodynamic clutch 3 becomes empty when this minimum speed of rotation of the compressor shaft is reached ( figure 3). Thus, at different air flow rates from the pneumatic system of the traction vehicle, the automatic pressure control system will always maintain a supply of Q ₂ equal to the flow rate of Q ₁ when the pressure changes in the range from p _k1 to p _k2 .

Автоматический регулятор давления непрерывного действия, примененный в автоматической системе регулирования давления, является статическим, имеет простую схему и конструкцию, в котором функции датчика давления выполняют мембрана 8 и измерительная пружина 9 управляющего органа. Этот датчик давления преобразует изменение регулируемой величины - давления р_к в изменение перемещения регулирующего золотника 7.The automatic continuous pressure regulator used in the automatic pressure control system is static, has a simple circuit and design in which the functions of the pressure sensor are performed by a membrane 8 and a measuring spring 9 of the governing body. This pressure sensor converts the change in the controlled variable - pressure p _to the change in the movement of the control valve 7.

Claims (1)

Автоматическая система регулирования давления в пневматической системе тягового транспортного средства, содержащая пневматическую систему, соединенную с компрессором, приводимым от вала теплового двигателя посредством зубчатого редуктора и гидродинамической муфты переменного наполнения, вход которой соединен с регулирующим золотником подачи в нее масла, отличающаяся тем, что система регулирования снабжена управляющим органом автоматического регулятора давления непрерывного действия, содержащим корпус, в котором установлены мембрана, измерительная пружина, регулировочная гайка и регулирующий золотник подачи масла в гидродинамическую муфту, связанный с мембранным пружинным одностороннего действия приводом, при этом полость над мембраной соединена трубопроводом с пневматической системой тягового транспортного средства.An automatic pressure control system in the pneumatic system of a traction vehicle, comprising a pneumatic system connected to a compressor driven from a shaft of a heat engine by means of a gear reducer and a variable-flow hydrodynamic coupling, the input of which is connected to a control valve for supplying oil to it, characterized in that the control system It is provided with a continuous pressure automatic regulator governing body, comprising a housing in which are installed meme a brane, a measuring spring, an adjusting nut, and a regulating spool for supplying oil to a hydrodynamic clutch connected to a single-acting diaphragm spring actuator, the cavity above the membrane being connected by a pipeline to the pneumatic system of the traction vehicle.

Images