Научные основы создания регулируемых приводов газораспределения локомотивных двигателей внутреннего сгорания нового поколения
Определение конвергентности, взаимной корреляции и ковариации влияния основных технико-экономических параметров двигателей на выбор фаз газораспределения при механическом и альтернативном типе приводов. Оценка эффективности внедрения технических решений.
| Рубрика | Транспорт |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.02.2018 |
| Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
На линии холостого хода проходное сечение постепенно увеличивается до величины (), путем увеличения углов наклона ветвей подъема и опускания клапанов при неизменных ФГР. Сами фазы на линии холостого хода не развиты, целесообразно держать их в районе мертвых точек, без опережения и запаздывания.
При нагружении двигателя по нагрузочной характеристике и на начальном этапе резко с 10 до 4 уменьшается коэффициент , что требует адекватного увеличения средних проходных сечений). На начальном этапе ход клапанов достигает максимального значения в 22 мм. Дальнейшее увеличение мощности приводит к переходу от треугольной формы зависимости к трапецеидальной при увеличении углов наклона ветвей подъема и опускания клапанов. Начиная с впервые происходит увеличение ФГР. Одновременное увеличение углов наклона ветвей подъема и опускания клапанов и ФГР продолжается до точки номинального режима. В этой точке углы достигают предельных значений (для данного примера для выпускного клапана и для впускного - )
Следует учитывать влияние температуры надувочного воздуха и контролировать связь параметров и . В зоне малых коэффициентов избытка воздуха, где наблюдается его нехватка, повышение улучшает рабочий процесс.
Переход на работу по ограничительной характеристике требует использования предельных величин проходных сечений КГР с дополнительным контролем газодинамической характеристики дизеля, плотности воздуха в ресивере и . На ограничительной линии углы по-прежнему предельные, ФГР максимальные (в данном примере для обоих клапанов ).
Пользуясь полученными выражениями, оценивалось влияние изменения среднего проходного сечения при использовании ЭГПК на мощностные показатели дизеля. Оптимальными эксплуатационными ФГР являются такие, при которых реализуется минимальный среднеэксплуатационный расход топлива.
Алгоритм регулирования зависит от характеристик ДВС, его назначения, быстроходности и относительного времени работы по диапазонам, в том числе на холостом ходу при минимальной частоте вращения коленчатого вала и на номинальном режиме.
Одновременное изменение величины регулированием хода клапанов и ФГР обеспечивает интенсивную турбулизацию заряда, что особенно важно на номинальном режиме работы ДВС.
На рис.10 дана зависимость дизеля 1А-5Д49. Анализ показывает, что с увеличением частоты вращения коленчатого вала, наибольший эффект можно получить при плавном увеличении фазы с 300 до 56,5 п.к.в. Применение регулирования ФГР позволяет увеличить величину крутящего момента на 25…30 %, а при номинальной частоте вращения - до 5 %.
При регулировании других ФГР необходимо учитывать их взаимное действие. Особенно фаз и , прямо влияющих на качество продувки. Явление заброса газов в этот момент характерно для двигателей Д49 при малых частотах вращения коленчатого вала и развитых внутренних ФГР.
Непрерывное регулирование всех ФГР дизелей типа ЧН 26/26 обеспечит снижение среднеэксплуатационного расхода топлива тепловозами не менее чем на 6…12%.
|
Зависимость дизеля 1А-5Д49. |
|
|
Рис.10. |
В пятой главе приведены результаты исследований и эксплуатационных испытания экспериментальных и опытных образцов альтернативных механизмов газораспределения на безмоторных и моторных стендах.
Экспериментальные исследования электромагнитного привода КГР
Экспериментальные исследования ЭМПК на транспортных двигателях проводили специалисты кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство» МИИТа. Привод длительное время испытывался на безмоторных стендах ЧН12/14 и ЧН26/26. На рис.11. приведены некоторые осциллограммы ЭМПК безмоторного стенда дизеля ЧН 26/26.
Для дизелей типа ЧН 26/26 ЭМПК должен удовлетворять следующим требованиям:
· подъем (посадка) впускного клапана не более 1160 п.к.в. или при номинальной частоте вращения коленчатого вала, время подъема (посадки) не более 19,3 мс;
· подъем (посадка) выпускного клапана не более 1340 п.к.в., соответственно время подъема (посадки) не более 22,3 мс;
· скорость в момент посадки клапана должна быть не выше 0,5…0,6 м/с.
|
Осциллограммы ЭМПК безмоторного стенда дизеля ЧН 26/26 |
||
|
Влияние изменения емкости форсирующего конденсатора |
||
|
Влияние числа витков обмотки электромагнита |
||
|
Рис.11. |
Испытаниям подвергались конструкции с одним и двумя силовыми электромагнитами. При испытаниях ЭМПК исследовалось влияние на диаграмму движения клапана: длительности управляющего импульса, уровня форсирующего напряжения и величины емкости форсирующего конденсатора, числа витков обмоток электромагнитов, наличие дополнительного импульса тока через обмотку электромагнита перед посадкой клапана, длительности интервала между импульсами, подаваемыми на обмотку верхнего и нижнего электромагнитов, величины зазоров в магнитопроводе системы, характеристик пружин и других параметров.
Практическое сравнение двух типов ЭМПК с одним и двумя электромагнитами показало, что привод с двумя электромагнитами в целом имеет несколько лучшие характеристики, чем вариант с одним электромагнитом.
Хотя ЭМПК в традиционном виде является привлекательным техническим решением, его широкое применение представляется проблематичным. Необходимость охлаждения электромагнитов, а главное - высокая стоимость, вызывают сомнения в практической ценности идеи традиционного ЭМПК.
Эффективным направлением можно считать создание электромагнитного привода на основе импульсного линейного двигателя (ИЛД) в различных его модификациях. ИЛД улучшает энергетические и экологические показатели ЛДВС при любых режимах работы, позволяет без малейших затруднений реверсировать двигатель, осуществлять декомпрессию при пуске, конвертировать ЛДВС в поршневой компрессор и др. Обладает рядом преимуществ, заключающихся в повышенном быстродействии и высоких до 87% КПД на всех режимах работы ЛДВС.
Линейный двигатель рассчитывается на питающее напряжение 110 В постоянного тока, так как такое напряжение вырабатывает стартер-генератор тепловоза. Мгновенное значение силы тока для приведения клапана в движение составляет 1000 А, однако среднее значение тока в процессе работы ИЛД составляет только 20 А. Следовательно средняя потребляемая мощность составляет 2,2 кВт.
Разработана схема подключения IGBT-транзисторов, которая составлена с учетом порядка срабатывания клапанов ЛДВС с числом цилиндров 8…16.
Макет ИЛД для ЭМПК показан на рис.12. Конструкция позволяет исследовать характеристики ИЛД постоянного тока и предложить способы управления.
Рис.12.. Схема макета ИЛД для привода клапанов газораспределения Здесь: 1 - основание; 2 - опоры; 3- якорь; 4 - обмотки якоря; 5 - распорная пластина; 6 - статоры; 7 - шток.
Габаритные размеры макета ИЛД соответствуют габаритным размерам привода ЛДВС типа ЧН 26/26.
Экспериментальные исследования электрогидравлического привода КГР
Приведены схемные решения и результаты экспериментальных исследований ЭГПК применительно к транспортным дизелям.
На рис.13. представлена зависимость давления сжатия от фазы , при различной частоте вращения коленчатого вала дизеля 2Ч10,5/12 (Д21А).
Заштрихована зона возможного регулирования фазы , а линия 1 - экономичное регулирование этой фазы. Выделена базовая фаза для этого двигателя - 400 п.к.в.
Интерес представляет район фазы = - 80 п.к.в. при которой на любой частоте от 600 до 1600 мин-1 давление постоянно =2,15 МПа.
На малой частоте вращения коленчатого вала доминируют потери на такте сжатия после закрытия клапана, а при больших частотах - появляется эффект обратного выброса заряда до закрытия клапана.
Регулирование фазы осуществлялось дискретно в диапазоне (-15…+800 п.к.в.). При увеличении давление сжатия увеличивается на всех фазах, кроме участка в диапазоне = -15…00 п.к.в., когда наблюдается ухудшение наполнения цилиндра воздухом.
Увеличение фазы более 400 п.к.в. при =1450…1800 мин-1 повышает давление сжатия на 4,3%. В свою очередь, уменьшение этой фазы, при =1000…500 мин-1 повышает на 8%, что приводит к увеличению коэффициента избытка воздуха и повышению среднего индикаторного давления.
Рис. Зависимость давления сжатия от фазы запаздывания закрытия впускного клапана и частоты вращения коленчатого вала дизеля Д21А
Анализ этой зависимости позволяет косвенно оценить степень наполнения цилиндра воздухом на различных при изменении фазы .
Изменение фазы в процессе работы дизеля реализовывает количественное регулирование подачи воздуха в цилиндр, что улучшает процессы наполнения и смесеобразования на характерных эксплуатационных режимах.
Внешняя характеристика дизеля снималась при постоянном положении рейки топливного насоса на упоре, определенном для номинальной мощности и частоты вращения коленчатого вала.
Наличие на одном двигателе двух цилиндров с различным приводом клапанов позволило выполнить ряд сравнительных испытаний. Однако в этом случае использование типовых характеристик дизеля оказалось невозможным, так как существовал разброс по расходу топлива и мощности для каждого цилиндра.
Полученные характеристики показали возможность работы развернутого дизеля с переменными ФГР. Изменение ФГР клапанов производилось без остановки дизеля.
Изменение хода, скорости и ускорения свидетельствует, что подъем и посадка клапанов с ЭГПК происходят быстрее, чем с механическим приводом, что увеличивает «время-сечение» на 10…15%. Скорость посадки изменяется в диапазоне 0,5…1,0 м/с, а к моменту окончания подъема составляет 0,7…1,2 м/с, что несколько выше, чем требуется при механическом приводе, но допустимо при ЭГПК. Максимальные ускорения (менее 500 м/с2) не превышают значений для базового двигателя (по данным испытаний на модельной установке).
Практические работы по ЭГПК, выполненные на кафедре «Локомотивы и локомотивное хозяйство» МИИТа, стали возможными при их поддержке ведущими компаниями и организациями, прежде всего, ВНИТИ и НИИ двигателей.
Проведены исследования влияния основных параметров таких, как: диаметры плунжера и соединительных трубопроводов, проходные сечения на входе в ЗО, СГЦ и дроссель, массы движущихся элементов, давления жидкости в гидравлическом аккумуляторе, жесткости возвратных пружин и др.
Экспериментальные исследования проводились на модельных безмоторных одноклапанной и двухклапанной установках (ЧН12/14), на моторном стенде дизеля 2Ч 10,5/12 (Д21А) и стендах тепловозных дизелей 12ЧН 26/26 (2-2Д49) и 6ЧН 21/21 (211-Д2).
При разработке ЭГПК ЛДВС типов ЧН 26/26 и ЧН 21/21 учитывался существовавший на кафедре «Локомотивы и локомотивное хозяйство» МИИТа опыт комплексных исследований немеханического привода клапанов.
Схема установки СГЦ КГР дизеля ЧН 26/26 представлена на рис.14.
На рис.15 представлены зависимости влияния диаметра плунжера СГЦ и давления жидкости в аккумуляторе на периоды открытия и закрытия КГР при частоте вращения коленчатого вала =1000 мин-1. Для дизеля ЧН 26/26 можно применить =15 МПа и =19 мм.
Схема установки силовых гидроцилиндров и форсунки на цилиндровой крышке дизеля ЧН 26/26
Исследования показали, что при работе ЭГПК на дизелях типа ЧН 26/26 нет необходимости в установке клапанных пружин такой же жесткости, как при МПК, так как в этом случае нет опасности разрыва кинематической цепи привода при закрытии клапана.
Скорость посадки клапана с ЭГПК без дросселирования на сливе превышают допустимую.
Рис .Влияние и на и клапана дизеля ЧН 26/26 при =1000 мин
Для оценки возможности уменьшения скорости посадки и регулирования хода КГР выполнены расчеты функционирования привода впускного клапана дизеля ЧН 26/26, ЭГК которого имел дроссель. Максимальная величина хода клапана составила 24 мм, скорость посадки - 0,31 м/с.
Анализ показал, что без устройств снижения скорости посадки и регулирования хода КГР, увеличивается коэффициент наполнения на 4% и снижается среднее давление насосных ходов на 4,7%.
Это ведет с одной стороны к увеличению индикаторного КПД на 2%, при неизменных частоте вращения коленчатого вала, давлении и температуре надувочного воздуха.
С другой стороны, уменьшение среднего давления насосных ходов приводит к возрастанию механического КПД на 0,26%, что в целом позволяет повысить эффективный КПД дизеля на 3,3% и снизить средний эффективный расход топлива номинального режима на 5,2 г/кВтч.
Использование устройств снижения скорости посадки и регулирования хода клапанов приводит к уменьшению выигрыша от использования ЭГПК. Так увеличение среднего эффективного КПД при этих условиях составляет всего 1,6 %.
В шестой главе дан анализ концептуальных вопросов развития локомотивных ДВС нового поколения.
Если в прошлые годы препятствием развития автономных локомотивов являлось отставание отечественного дизелестроения, то в последние несколько лет накоплен необходимый опыт создания ЛДВС с высокими технико-экономическими показателями. Здесь ведущим является ХК «Коломенский завод».
Требования к характеристикам ЛДВС постоянно меняются. В течение многих лет на первом плане были повышение цилиндровой мощности и КПД, с одновременным снижением удельных показателей расхода топлива и масла. Затем добавились требования другой группы, а именно снижение вредных выбросов и уровня шума. Именно экологические показатели с середины 90-х годов в России стали приоритетными, особенно для существующих и перспективных ЛДВС.
Регламентация понятия «Перспективные ЛДВС» может быть осуществлена по следующим критериям:
· экономическим (отношение факторов затраты/эффективность);
· ресурсным (необходимость в дополнительных модификациях более высокого уровня);
· экологическим (точная регулировка параметров рабочего процесса, применение нейтрализаторов, улучшение химического состава топлива).
Эти критерии объединены более общим критерием, на который ориентируются в своих НИР ведущие двигателестроительные компании - конструкционным критерием, позволяющим реализовывать идеи в новых конструкциях. При этом показатели экономической эффективности новой продукции всегда ориентируются на общемировой уровень, который всегда более жесткий, чем эксплуатационный.
Применительно к перспективным ЛДВС следует предъявить следующие требования:
· соответствие рекомендациям по эксплуатации автономного тягового подвижного состава на сети ОАО «РЖД»;
· конкурентоспособность с зарубежными аналогами, предлагаемыми для применения на внутреннем рынке;
· возможность широкой унификации с ЛДВС, находящимися в эксплуатации.
· адаптация с современными системами передачи мощности и оптимизация по всем параметрам тяговых приводов;
· согласованные порядок и периодичность обслуживания и ремонта ЛДВС на всех этапах эксплуатации.
К приоритетному направлению исследований относятся также вопросы совершенствования привода механизмов газораспределения.
На рис.16. показаны приоритетные направления исследований в области создания перспективных ЛДВС с выделением рассмотренного в диссертации направления создания альтернативного привода механизма газораспределения.
Рис. Приоритетные направления исследований в области создания перспективных локомотивных двигателей внутреннего сгорания
Специалисты по созданию ЛДВС с одной стороны и конструкторы тепловозов с другой едины в том, что создание новых двигателей является сложной технической проблемой.
Основные причины этого заключаются в том, что решения должны быть максимально адаптированы к уже имеющемуся парку тепловозов и сопутствующей инфраструктуре.
Кроме того, появление нового поколения двигателей транспортного назначения и последующее успешное продвижение на весьма насыщенном рынке, требуют дополнительных денежных вложений в проведение соответствующих НИР и обучение персонала. Одним из важнейших направлений создания перспективных ЛДВС и соответствующих им локомотивов, которое в нашей стране никогда серьезно не рассматривалось - это региональные требования. Здесь не только климатические отличия (которые занимают сегодня ведущие позиции), но и местные эксплуатационные несоответствия требований к необходимому тяговому подвижному составу и строящимся стандартным, унифицированно-типажированным тепловозам.
Актуальность предлагаемых направления подтверждается практикой отечественного и зарубежного двигателестроения, с активно развивающимся направлением электронного управления системами. Актуально решение группы проблем, связанных со снижением вредных выбросов и уровня шума. Именно экологические показатели с середины 90-х годов в России стали приоритетными, особенно для перспективных двигателей.
Развитие электроники и микропроцессорной техники привело к существенному росту возможностей реализуемых алгоритмов и программ, вследствие чего логические свойства бортовых устройств локомотивов мало уступают персональным и стационарным компьютерам. Резко возросли показатели надежности электронных устройств и снизилась себестоимость их производства.
Технико-экономическое обоснование целесообразности внедрения альтернативных видов привода клапанов газораспределения на ЛДВС велось в нескольких направлениях. Оценивались перспективы регулирования ФГР и закона движения клапанов на эксплуатационных режимах и холостом ходу, снижение минимальной частоты вращения коленчатого вала, упрощение конструкции привода в блоке дизеля и цилиндров, центрального расположения форсунки, сравнение мощности затраченной на привод при штатном и экспериментальном приводах.
Имея экспериментальную зависимость , можно определить среднеэксплуатационные величины для дизеля с ЭГПК и штатным приводом клапанов.
Например, расчеты экономичности ЛДВС в эксплуатации при регулировании только одной фазы выше экономичности двигателя при нерегулируемых ФГР и механическом приводе клапанов газораспределения на 4,9%.
В дальнейшем более углубленная оценка эксплуатационной экономичности ЛДВС выполнена на основании распределения режимов эксплуатации и характеристик удельных расходов топлива на соответствующих режимах в интервале рабочих характеристик. При этом учитывалось изменение расхода топлива во время переходных процессов, так как неустановившиеся режимы занимают существенную долю времени эксплуатации ЛДВС. Разница расходов топлива, полученных расчетным путем и замеренная в эксплуатации, составляет для различных конкретных полигонов эксплуатации 10…22%, что объясняется принятым допущением о мгновенном переходе с одного режима на другой, то есть отсутствием переходных режимов.
Выполненные в тепловозной НИЛ МИИТа исследования с участием автора, показали, что удельный среднеэксплуатационный расход () при установившихся режимах на 8…15% превышает расход на номинальном режиме. Величину определили по упрощенной методике с использованием генераторной и универсальных характеристик, а также вероятностных законов распределения режимов эксплуатации по частоте вращения и нагрузке дизеля.
На основании разработанных расчетных методик можно определить величину , зная примерный характер распределения режимов работы, расположение генераторной и универсальных характеристик, а также закон изменения среднего проходного сечения клапанов газораспределения транспортного двигателя. Сделана попытка оценки влияния переходных процессов на величину , используя коэффициент переходных режимов (), представляющий отношение расходов топлива, полученных расчетным методом и фактического значения на том же полигоне пути на основании опытных поездов с транспортной установкой. Здесь же устанавливается влияние изменения на динамику изменения .
Приведенные значения могут быть уточнены с учетом среднестатистических значений и, следовательно, получена величина среднеэксплуатационной экономичности транспортного дизеля с поправкой на дополнительный расход при переходных режимах ().
Использование плавного регулирования проходного сечения на переходных режимах, обеспечит дополнительное снижение расхода дизельного топлива на 6…11%.
Технико-экономическое сравнение типов привода свидетельствует о перспективности применения ЭГПК на ЛДВС нового поколения и других транспортных дизелях. Ориентировочная годовая экономия топлива на секцию тепловоза с дизелем типа 16ЧН26/26 составит 230…350 т дизельного топлива.
Заключение
В результате выполненной диссертационной работы были получены следующие главные результаты:
1. Выполнен анализ развития приводов для транспортных двигателей внутреннего сгорания. Применительно к ЛДВС нового поколения рассмотрены перспективные направления регулируемых приводов: модульный принцип конструирования с автономным регулированием приводов вспомогательных систем и современный силовой гидрообъемный привод оборудования локомотивов.
2. Исследованы теоретические принципы и проведены натурные эксперименты вариантов элементов конструкции альтернативных приводов клапанов газораспределения транспортных двигателей. Показаны, какие типы приводов наиболее перспективны для локомотивных ДВС. Сделана оценка вариантов конструкций электромагнитного и электрогидравлического типов приводов механизмов газораспределения и их технико-экономических характеристик.
3. Выполнен анализ отечественного и мирового опыта в конструировании приводов газораспределения ЛДВС. Исследовано влияние технико-экономических параметров основных серий ЛДВС и некоторых модификаций транспортных двигателей на выбор ФГР. На основании подробного анализа массива данных по 198 двигателям установлено, что среди выбранных параметров максимальное влияние на выбор ФГР оказывает группа: частота вращения коленчатого вала, давление наддува и рабочий объем цилиндров двигателя.
4. Впервые сформулированы принципы оптимизации газообмена путем регулирования эффективного среднего проходного сечения клапанов газораспределения в зависимости от типа привода и режима работы ЛДВС. Установлено, что при регулируемом что на первом этапе регулирования проходного сечения необходимо изменять углы наклона ветвей подъема и посадки клапанов, а затем переходить к изменению ФГР.
5. Выполненные теоретические исследования установили, что применение альтернативных видов привода с комплексным регулированием «времени-сечения» клапанов газораспределения двигателей типа ЧН26/26 обеспечит снижение среднеэксплуатационного расхода топлива локомотивами на 6…12%.
6. На основании анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований по созданию альтернативных приводов механизма газораспределения транспортных двигателей, сформулированы общие требования для немеханических систем газораспределения ЛДВС. Это позволит автоматизировать управление процессами газообмена на эксплуатационных режимах, упростить компоновку привода в цилиндровых крышках и блоке.
7. Приведены результаты теоретических исследований систем электромагнитного привода клапанов газораспределения ЛДВС. Использована качественная теория дифференциальных уравнений и математическая теория устойчивости при исследовании закона движения клапана.
8. При расчете электромагнитной системы ЭМПК для определения предельно достижимых характеристик силовых электромагнитов, использованы методы теории поля и теории подобия. Средний расчетный КПД ЭМПК двигателя типа ЧН 26/26 выше 50%. На отдельных режимах работы в оптимальном варианте КПД может достигнуть величины 89%. Масса силового электромагнита для привода одного выпускного клапана составляет свыше 16 кг, сердечник и обмотка имеют примерно равный вес. Средняя потребляемая мощность на привод составляет приблизительно 1 кВт/кл. при частоте вращения коленчатого вала в 1000 мин-1.
9. Доказано, что несмотря на возможность создания ЭМПК для ЛДВС с приемлемыми характеристиками, его применение в традиционном виде (силовой электромагнит и подвижный якорь) представляется нецелесообразным. Основные недостатки ЭМПК заключаются в необходимости охлаждения электромагнитов и высокой первоначальной стоимости системы, что согласуется с исследованиями ведущих мировых фирм.
10. Эффективным направлением считаем создание ЭМПК на основе импульсного линейного двигателя в различных его модификациях. Такой привод обладает рядом преимуществ, заключающихся в повышенном быстродействии и высоких до 87% КПД на всех режимах работы.
11. Выполнены исследования ЭГПК в разных его вариациях. Отмечены высокое быстродействие, необходимое для качественного протекания рабочего процесса ДВС, малая масса возвратно-движущихся частей, увеличение «времени-сечения» при неизменных ФГР и возможность регулирования ФГР в расширенном диапазоне.
12. Разработана математическая модель функционирования и взаимодействия основных элементов ЭГПК. Выполнено аналитическое исследование влияния некоторых конструктивных параметров гидромеханической части ЭГПК на характер открытия и закрытия клапана газораспределения.
13. Исследовано влияние конструктивных параметров системы на работу ЭГПК. Рассмотрены схемные решения и варианты конструкции ЭГПК, обеспечивающих уменьшение времени переходных процессов. Они должны выполняться компактными с малым временем срабатывания особенно для быстроходных ЛДВС, иметь небольшие массы движущихся деталей и обладать достаточной гидравлической плотностью запорного органа для реализации высоких значений КПД.
14. Экспериментальные исследования ЭГПК проведены на модельных безмоторных одноклапанной и двухклапанной установках (ЧН12/14), на моторном стенде дизеля 2Ч 10,5/12 и стендах ЛДВС 12ЧН 26/26 и 6ЧН 21/21. Исследования показали возможность снижения частоты вращения холостого хода при применении ЭГПК до (0,17…0,22) nд.ном, что обеспечит дополнительную экономию на этом режиме до 12…15% топлива. Установлено, что для ЛДВС типа ЧН 26/26 при ЭГПК и регулировании «времени-сечения» на номинальном режиме эффективная мощность возрастает на ~2%, а удельный эффективный расход топлива снижается на ~ 2,1%. Это, в основном, объясняется увеличением механического КПД при одновременном снижении мощности насосных потерь на ~18%. Мощность, затраченная на привод клапанов при штатном приводе двигателя 16ЧН 26/26, подсчитанная по кинематической схеме составляет 18…22 кВт, что меньше, чем при ЭГПК на 16…19%. Расход жидкости на привод клапанов при частоте вращения коленчатого вала в 1000 мин-1 составляет 92,2 л/мин.
15. Применение ЭГПК позволяет уменьшить среднеэксплуатационный расход топлива на 5…6% за счет регулирования ФГР и «времени-сечения» клапанов газораспределения по сравнению с механическим приводом. Для высокооборотных ЛДВС уменьшение среднеэксплуатационного расхода топлива может достигать 8…12%. Технико-экономическое сравнение типов привода свидетельствует о перспективности применения ЭГПК на ЛДВС нового поколения и других транспортных дизелях. Ориентировочная годовая экономия топлива на секцию локомотива с двигателем типа 16ЧН26/26 составит 230…350 т дизельного топлива.
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
В монографиях
1. Балабин В.Н. Современные системы газораспределения транспортных двигателей. Изд-во «Железнодорожное Дело», - 2004, 107 с.
2. Балабин В.Н. Регулирование транспортных двигателей отключением части цилиндров. Монография.- М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на ж.д. транспорте, - 2007, 143 с.
В изданиях, рекомендуемых ВАК
1. Балабин В.Н., Манохин В.А. Тепловозы без пневматических компрессоров. Журнал «Тяжелое машиностроение», № 11, - 1991, с. 5-6.
2. Калугин С.П. Балабин В.Н. К вопросу о предельно достижимых характеристиках силовых электромагнитов. Научно-практический ж-л «Прикладная физика», №5, 2005, с.130-136
3. Балабин В.Н. Электромагнитный привод клапанов газораспределения транспортных дизелей нового поколения. Журнал «Тяжелое машиностроение», № 7, 2007, с. 35-37.
4. Балабин В.Н. Перспективы развития тепловозных дизелей нового поколения. Журнал «Двигатель», №4, 2007, с.44-47.
5. Балабин В.Н. Повышение топливной экономичности тепловозных дизелей. Журнал «Технология машиностроения», №7, 2008, с.47-48.
6. Балабин В.Н. Перспективы развития локомотивных энергетических установок нового поколения. Журнал «Вестник машиностроения», №8, 2008, с.75-79.
7. Балабин В.Н. Перспективы развития тепловозных дизелей нового поколения. Журнал «Тяжелое машиностроение», №3, 2009, с 31-34.
8. Балабин В.Н. Привод клапанов газораспределения локомотивных ДВС на основе импульсного линейного двигателя. Журнал «Машиностроение и инженерное образование», №1, 2009, с.10-14.
9. Балабин В.Н. Выбор фаз газораспределения транспортных двигателей внутреннего сгорания. Журнал «Научно-технические ведомости СПбГПУ», №1, 2009, с. 34-38.
В статьях и трудах научных конференций с открытой публикацией
1. Балабин В.Н., Васильев В.Н., Сладковский Ю.М. Анализ существующих конструкций и разработка нового типа привода клапанов газораспределения для транспортных дизелей. Труды МИИТ, вып. 611, - 1978, с.81-88.
2. Васильев В.Н., Фроликов И.И., Балабин В.Н. Динамические характеристики клапанов с электрогидравлическим управлением. Сб-ник «Двигатели внутреннего сгорания», ЦНИИТЭИтяжмаш, №12, - 1979, с. 8-9.
3. Балабин В.Н., Васильев В.Н. Принцип компоновки электрогидравлического привода клапанов и сравнительный анализ их проходных сечений с механическим приводом на транспортных дизелях. Сб-ник «Двиг. внутр. сгор.», ЦНИИТЭИтяжмаш, №15, - 1979, с. 6-9.
4. Балабин В.Н., Васильев В.Н. Особенность запуска и работы на холостом ходу дизеля с электрогидравлическим приводом клапанов газораспределения. Сб-ник «Двигатели внутреннего сгорания», ЦНИИТЭИтяжмаш, №20, - 1981, с. 10-13.
5. Балабин В.Н. Способы регулирования дизелей отключением цилиндров. Ж-л «Электрическая и тепловозная тяга» № 11, 1988, с. 28-29.
6. Балабин В.Н., Евстифеев Б.В., Соин Ю.В. Повышение топливной экономичности дизелей за счет регулирования отключением части цилиндров. Обзорная информация ЦНИИТЭИтяжмаш, Серия 4 «ДВС», вып. 4-88-21.
7. Балабин В.Н., Манохин В.А. Использование тепловозного дизеля в качестве компрессора. Журнал «Железнодорожный транспорт», № 3, - 1992, с. 47-49.
8. Балабин В.Н. Тепловоз работает без компрессора. Ж-л «Локомотив», № 9-10, 1993, с. 43-46.
9. Балабин В.Н., Сидоров Н.А. Конвертация дизеля возможна. Ж-л «Локомотив», № 6, 1995, с. 32-34.
10. Балабин В.Н. Конвертация тепловозного дизеля в пневматический компрессор. Тезисы док. на 11 международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития ж.д. транспорта», т.1, - 1996, с.101.
11. Балабин В.Н. Перспективы развития электромагнитного привода клапанов газораспределения транспортного двигателя. Журнал «Соискатель», №1, - 2004, с.72-87.
12. Балабин В.Н. Перспективы развития электромагнитного привода клапанов газораспределения транспортного двигателя. Журнал «Мир транспорта» приложение «Соискатель», №1, 2004, с.72-87.
13. Балабин В.Н. Альтернативные немеханические системы газораспределения для дизелей. Журнал «Мир транспорта», №2, - 2004, с.52-57.
14. Балабин В.Н. Варианты регулирования фаз газораспределения. Ж-л «Локомотив», №5, 2004, с.26-29.
15. Балабин В.Н. Альтернативный привод клапанов газораспределения транспортных дизелей нового поколения. Тезисы доклада на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения», ЮУрГУ, Челябинск, -2006, с.27-30.
16. Балабин В.Н. Некоторые аспекты развития локомотивных энергетических установок нового поколения. Тезисы доклада на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения», ЮУрГУ, Челябинск, -2006, с.30-33.
17. Балабин В.Н., Васильев В.Н. Альтернативный привод клапанов газораспределения локомотивных энергетических установок нового поколения и его влияние на топливную экономичность. Тезисы доклада на IV Международной научно-практической конференции «Проблемы безопасности на транспорте», Гомель, Белоруссия, 2007, с. 178-180.
18. Балабин В.Н. О приводе клапанов газораспределения тепловозных дизелей. Журнал «Железнодорожный транспорт», №2, 2007, с.47-48.
19. Калугин С.П., Балабин В.Н. Математическое моделирование процессов газообмена двигателя внутреннего сгорания. Научно-практический ж-л «Прикладная физика», №1, 2007, с.20-28.
20. Балабин В.Н. Перспективы развития локомотивных энергетических установок. Журнал «Железнодорожный транспорт», №4, 2007, с.52-56.
21. Балабин В.Н. Важное направление повышения топливной экономичности тепловозных дизелей. Журнал «Локомотив-информ» Украина, №6, 2007, с.2-5.
22. Балабин В.Н. Экспериментальные исследования электрогидравлического привода клапанов газораспределения транспортных двигателей. Журнал «Наука и техника транспорта», №4, 2008, с.94-97. 1.
23. Балабин В.Н. Регулирование среднего проходного сечения клапанов газораспределения транспортных дизелей. Тезисы III Международной научно-технической конференции. «Эффективность, надежность и безопасность энергетических установок (Энергоустановки - 2008)», Украина, Севастополь-Батилиман, с. 35-36.
Список работ, опубликованных по основной научной деятельности
1. Балабин В.Н. Елепин Е.Ю. Создание системы конвертирования цилиндров тепловозного дизеля в пневматический компрессор. Тезисы доклада по итогам «Недели науки-94», 1995, с. 70-71.
2. Балабин В.Н. Исследование топливной экономичности. Ж-л «Локомотив», № 12, 1998, с. 35-36.
3. Домогацкий В.В., Балабин В.Н., Какоткин В.З. Использование ролико-лопастных расходомеров для повышения экономических и экологических показателей тепловозов. Тезисы доклада по итогам конференции «Ресурсосбере-гающие технологии на ж.д. транспорте», 1998.
4. Домогацкий В.В., Балабин В.Н., Балашов А.Н. Малогабаритная образцовая установка для поверки расходомеров и счетчиков количества жидкости. Ж-л «Приборы и системы управления» № 5, 1999, с. 41-44.
5. Домогацкий В.В., Балабин В.Н. Новое поколение широкодиапазонных ролико-лопастных расходомеров жидкости и газа. Ж-л «Транспорт и хранение нефтепродуктов», № 6, 1999, с. 9-14.
6. Балабин В.Н., Какоткин В.З., Домогацкий В.В., Назаров А.С. Универсальные ролико-лопастные расходомеры для тепловозов. Ж-л «Локомотив», № 4, 2000, с. 26-28.
7. Домогацкий В.В., Балабин В.Н. Универсальный стенд для испытаний ролико-лопастных расходомеров. Ж-л «Измерительная техника», № 4, 2000, с. 57-60.
8. Балабин В.Н., Какоткин В.З., Домогацкий В.В., Самойлов Г.Г. Методика испытаний широкодиапазонных ролико-лопастных расходомеров на стенде типа А-2275. Печат. Ж-л «Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика», № 10, 2000, с. 59-61.
9. Балабин В.Н., Самойлов Г.Г., Какоткин В.З. Применение ролико-лопастных расходомеров в промышленности и на транспорте. Тезисы научно-практической конференции «Ресурсо-энергосберегающие проекты и технологии», Политехнический музей, 24-25.05. 2001 г.
10. Балабин В.Н., Какоткин В.З., Самойлов Г.Г., Назаров А.С. Ролико-лопастные расходомеры в депо: некоторые результаты внедрения. Ж-л «Локомотив», № 6, 2001, с. 26-29.
11. Балабин В.Н., Какоткин В.З. Применение широкодиапазонных ролико-лопастных расходомеров в локомотивном хозяйстве. Тезисы международной научно-практической конференции «Проблемы безопасности на транспорте», Белорусский государственный университет транспорта, 24-25.10. 2002 г. с. 194.
12. Балабин В.Н., Домогацкий В.В. Существующие системы измерения расхода топлива. Ж-л «Локомотив», № 2, 2003, с.30-32. и продолжение № 3, 2003, с.34-36.
13. Балабин В.Н., Какоткин В.З. Проблемы ресурсосбережения и безопасности движения поездов, решаемые на кафедре «Локомотивы и локомотивное хозяйство» МИИТа. Тезисы доклада на Научно-практической конференции «Инновации в эксплуатации и развитии инфраструктуры железнодорожного транспорта», ВНИИЖТ, 24-25.06.2004, с.114-121.
14. Балабин В.Н., Какоткин В.З. Применение широкодиапазонных ролико-лопастных расходомеров на транспорте. Тезисы международной научно-технической конференции «Научные проблемы и перспективы развития ремонта, обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей» 8-9 декабря 2004 г., ГОСНИТИ.
15. Балабин В.Н. Новый метод настройки генераторных характеристик тепловозных дизелей. Ж-л «Локомотив», №6, 2006, с. 32-34.
16. Какоткин В.З., Балабин В.Н., Авдеев М.А., Лобанов И.И.Система экспресс-диагностики тепловозных дизелей. Тезисы седьмой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», 26-27 октября 2006 г., с. V-14 - V15.
17. Какоткин В.З., Балабин В.Н. Система экспресс-диагностики тепловозных дизелей. Тезисы седьмой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», Гомель, Белоруссия, 2006 г., с. 180-184.
18. Какоткин В.З., Балабин В.Н. Оперативная экспресс-диагностика топливной аппаратуры высокого давления тепловозных дизелей. Тезисы седьмой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», Гомель, Белоруссия, 2006 г., с. 184-188.
19. Балабин В.Н. Оперативная экспресс-диагностика топливной аппаратуры высокого давления тепловозных дизелей. Ж-л «Локомотив-информ» Украина, №6, 2007, с.8-11.
20. Балабин В.Н. Важное направление повышения топливной экономичности тепловозных дизелей. Ж-л «Локомотив-информ» Украина, №7, 2007, с.10-13.
В авторских свидетельствах и патентах
1. А.с. СССР №756054, Б.и. №30, 1980. Электрогидравлическое устройство для управления газораспределительными органами двигателя внутреннего сгорания. /Васильев В.Н., Балабин В.Н., Илясов А.И. и др.
2. А.с. СССР №775359, Б.и. №40, 1980. Механизм газораспределения с электрогидравлическим управлением. / Васильев В.Н., Балабин В.Н., Фроликов И.И. и др.
3. А.с. СССР №861668, Б.и. №33, 1981. Электрогидравлическое устройство для управления газораспределительными органами двигателя внутреннего сгорания. / Васильев В.Н., Балабин В.Н., Илясов А.И. и др.
4. А.с. СССР №972155, Б.и. №41, 1982. Транспортный поршневой двигатель внутреннего сгорания. / Васильев В.Н., Ольховский Ю.В., Сладковский Ю.М., Балабин В.Н. и др.
5. А.с. СССР №992788, Б.и. №4, 1983. Способ запуска двигателя внутреннего сгорания с электрогидравлическим приводом газораспределительных клапанов. /Васильев В.Н., Сладковский Ю.М., Балабин В.Н.
6. А.с. СССР №1193280, Б.и. №43, 1985. Устройство для отключения подачи топлива в цилиндры тепловозного дизеля. /Балабин В.Н., Пронькин А.В.
7. А.с. СССР №1267025, Б.и. №40, 1986. Способ работы дизеля. /Балабин В.Н., Васильев В.Н.
8. А.с. СССР №1333802, Б.и. №32, 1987. Способ регулирования V-образного дизеля на холостом ходу. /Балабин В.Н., Пронькин А.В.
9. А.с. СССР №1346836, Б.и. №39, 1987. Система подачи топлива в цилиндры дизеля. /Балабин В.Н., Пронькин А.В и др.
10. А.с. СССР №1503417, Б.и. №ДСП. Система охлаждения V-образного двигателя внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами. /Балабин В.Н., Семин И.А., Пронькин А.В.
11. А.с. СССР №1508003, Б.и. №34, 1989. Способ регулирования многорядного двигателя внутреннего сгорания. /Балабин В.Н., Семин И.А.
12. А.с. СССР №1576704, Б.и. №25, 1990. Механизм отключения цилиндров двигателя внутреннего сгорания. / Балабин В.Н., Мальцев Г.И. и др.
13. А.с. СССР №1605004, Б.и. №41, 1990. Система охлаждения многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. /Балабин В.Н., Васильев В.Н., Соин Ю.В.
14. А.с. СССР №1636575, Б.и. №11, 1991. Способ работы двигателя внутреннего сгорания. /Балабин В.Н., Евстифеев Б.В., Васильев В.Н., Соин Ю.В., Семин И.А.
15. А.с. СССР №1663216, Б.и. №21, 1991. Система отключения цилиндров V-образного двигателя внутреннего сгорания. /Балабин В.Н., Семин И.А.
16. А.с. СССР №1687861, Б.и. №40, 1991. Система управления двигателем внутреннего сгорания. /Балабин В.Н., Евстифеев Б.В., Васильев В.Н., Соин Ю.В., Семин И.А.
17. А.с. СССР №1694952, Б.и. №44, 1991. Система воздушного охлаждения рядного двигателя внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами. /Балабин В.Н., Мальцев Г.И., Семин И.А.
18. А.с. СССР №1772418, Б.и. №40, 1992. Пневматический клапан двигателя внутреннего сгорания транспортного средства. /Балабин В.Н., Васильев В.Н., Соломатин В.И.
19. Патент России №2030611, Б.и. №7, 1995. Система пуска двигателя внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами. /Балабин В.Н., Васильев В.Н.
20. Патент России №2042848, Б.и. №24, 1995. Способ работы двигателя внутреннего сгорания. /Балабин В.Н., Манохин В.А., Зюбанов В.З.
21. Патент России №2042849, Б.и. №24, 1995. Способ конвертирования двигателя внутреннего сгорания транспортного средства в пневматический компрессор. /Балабин В.Н., Манохин В.А., Зюбанов В.З.
22. Патент России №2042850, Б.и. №24, 1995. Двигатель внутреннего сгорания транспортного средства. /Балабин В.Н., Манохин В.А., Зюбанов В.З.
23. Патент России №2078232, Б.и. №12, 1997. Способ работы многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. /Балабин В.Н.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Характеристика организации ОАО "УГАД". Обслуживание двигателей КАМA3–740.50–360. Техническая характеристика двигателей. Маркирование и пломбирование. Установка гильзы цилиндра и уплотнительных колец. Привод агрегатов. Механизм газораспределения.
отчет по практике [1,4 M], добавлен 07.06.2014Параметры и показатели двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Основные виды ДВС и их характеристика. Компоновка механизма газораспределения двигателя на примере ВАЗ-2107 и ЯМЗ-240. Системы смазки и питания дизелей. Типы фильтров в системах смазки ДВС.
контрольная работа [1,9 M], добавлен 20.06.2013Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко применяются во всех областях народного хозяйства и являются практически единственным источником энергии в автомобилях. Расчет рабочего цикла, динамики, деталей и систем двигателей внутреннего сгорания.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 07.03.2008Выбор главных двигателей и основных параметров. Определение суммарных мощностей главных двигателей. Тепловой расчёт ДВС. Динамический расчёт двигателя: диаграмма движущих и касательных усилий. Определение махового момента и главных размеров маховика.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 08.12.2010Классификация судовых двигателей внутреннего сгорания, их маркировка. Обобщённый идеальный цикл поршневых двигателей и термодинамический коэффициент различных циклов. Термохимия процесса сгорания. Кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма.
учебное пособие [2,3 M], добавлен 21.11.2012Анализ хозяйственной деятельности предприятия. Организация и технология проведения обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания. Расчет производственной программы технического обслуживания. Конструкторская разработка стенда для обкатки двигателей.
дипломная работа [80,2 K], добавлен 28.04.2010Принципы работы двигателей внутреннего сгорания. Классификация видов авиационных двигателей. Строение винтомоторных двигателей. Звездообразные четырехтактные двигатели. Классификация поршневых двигателей. Конструкция ракетно-прямоточного двигателя.
реферат [2,6 M], добавлен 30.12.2011Классификация, особенности конструкции и эксплуатационные свойства двигателей внутреннего сгорания, их обслуживание и ремонт. Принцип работы четырехцилиндровых и одноцилиндровых бензиновых двигателей в современных автомобилях малого и среднего класса.
курсовая работа [39,9 K], добавлен 28.11.2014Организация и технология обкатки двигателей внутреннего сгорания. Виды расчетов производственной программы. Анализ существующих конструкций и приспособлений для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания. Охрана труда и техника безопасности.
курсовая работа [43,1 K], добавлен 14.03.2011Расчет годового объема работ по обслуживанию и ремонту автомобилей. Определение потребности в электроэнергии, теплоносителях и воде. Разработка приспособления для обработки шеек коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания после их шлифования.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 18.06.2015Классификация топлив. Принцип работы тепловых двигателей, поршневых двигателей внутреннего сгорания, двигателей с принудительным воспламенением, самовоспламенением и с непрерывным сгоранием топлива. Турбокомпрессорные воздушно-реактивные двигатели.
презентация [4,8 M], добавлен 16.09.2012Общая характеристика судовых двигателей внутреннего сгорания, описание конструкции и технические данные двигателя L21/31. Расчет рабочего цикла и процесса газообмена, особенности системы наддува. Детальное изучение топливной аппаратуры судовых двигателей.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 26.03.2011Годовая программа производственного участка по ремонту двигателей внутреннего сгорания. Режим работы участка. Годовые фонды времени рабочих и оборудования. Расчет количества технологического производственного оборудования. Потребность в энергоресурсах.
курсовая работа [52,9 K], добавлен 27.04.2010Проблемы повышения топливной экономичности и внедрения технических решений, улучшающих массогабаритные показатели и снижающих металлоемкость судовых дизельных установок. Форсирование среднеоборотных двигателей за счет повышения давления турбонаддува.
реферат [231,7 K], добавлен 13.08.2014Определение режимов для проведения теплового расчета двигателя. Выявление параметров рабочего тела, необходимого количества горючей смеси. Рассмотрение процессов: пуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Выполненно построение индикаторных диаграмм.
курсовая работа [85,8 K], добавлен 03.11.2008Сущность понятия "модель". Моделирование как метод научного познания, особенность. Элементы процесса моделирования. Моделирование работы ДВС на основе влияния размеров камер сгорания. Основные характеристики двигателей. Анализ форм камер сгорания.
реферат [183,8 K], добавлен 12.04.2010Расчет автотранспортного предприятия. Анализ технических решений и их классификация. Расчет площади участка по капитальному ремонту двигателей. Выбор и корректировка нормативных трудоемкостей. Определение числа диагностических воздействий на парк.
дипломная работа [957,0 K], добавлен 24.04.2012Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу. История создания и развитие ДВС, строение и разновидности, принцип работы двигателей.
творческая работа [925,7 K], добавлен 06.03.2008Краткая характеристика двигателя внутреннего сгорания. Основные подвижные и неподвижные детали. Устройство системы смесеобразования и газораспределения. Топливная система. Циркуляционная система смазки главного судового двигателя, система охлаждения.
презентация [178,5 K], добавлен 12.03.2015Краткая характеристика прототипа. Обоснование и выбор параметров рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания. Степень сжатия, потери давления между нагнетателями и цилиндром. Показатель политропы расширения. Построение расчётной индикаторной диаграммы.
курсовая работа [83,0 K], добавлен 27.02.2013
