регулируемый привод испытательного стенда топливных насосов высокого давления

Формула изобретения

1. Регулируемый привод испытательного стенда топливных насосов высокого давления, содержащий электродвигатель переменного тока, контур регулирования частоты вращения с датчиками электрических параметров, управляемым преобразователем в цепи питания статора управляющим контроллером, отличающийся тем, что регулируемый привод снабжен приспособлением учета возмущающих факторов и формирования обратных управляющих связей, соединенным с контроллером через каналы ввода и вывода и имеющим дополнительные датчики и регуляторы, а управляющий контроллер имеет унифицированные каналы связи с устройствами регистрации, документирования и баз данных.

2. Регулируемый привод по п.1, отличающийся тем, что управляющий контроллер выполнен с дополнительными вводом, выводом, предназначенными для пользователя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для испытания топливовпрыскивающей аппаратуры дизелей.

Известен привод стенда для испытания и регулирования топливовпрыскивающей аппаратуры дизелей, содержащий электродвигатель переменного тока с регулятором напряжения, включенным в цепь питания статора, и два контура регулирования оборотов вала испытуемого топливного насоса, причем один контур состоит из датчика оборотов выходного вала привода, задатчика оборотов ротора электродвигателя, сравнивающего устройства и усилителя, а второй - дополнительный контур регулирования оборотов - состоит из включенного в кинематическую цепь ротора управляемой бесступенчатой механической передачи и дополнительного задатчика, связанного с управляющим органом механической передачи и задатчиком (Патент РФ 2059870, 1993 г.).

Из-за недостаточного диапазона регулирования частоты вращения электродвигателя с регулятором, включенным в цепь питания цепи статора и контура регулирования оборотов, выполненного в виде датчика оборотов выходного вала привода, введен дополнительный контур управления с управляемой механической передачей. Недостатком такого привода является наличие двойной системы управления, сложность применения, недостаточная надежность привода из-за наличия механических систем управления и невозможность сохранения постоянной мощности на валу в широком диапазоне частоты вращения вала привода. Кроме того, вращающий момент двигателя пропорционален квадрату приложенного напряжения, так как пропорциональны напряжению как магнитный поток, так и ток в роторе, поэтому изменение напряжения сети вызывает значительное изменение вращающего момента, которое в данной схеме регулирования необходимо компенсировать механическим контуром управления. Это невозможно выполнить оперативно во время проведения испытаний, что снижает функциональные возможности привода.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является регулируемый привод испытательного стенда топливных насосов высокого давления, включающий электродвигатель переменного тока, контур регулирования частоты вращения с датчиками электрических параметров, управляемый преобразователь в цепи питания статора и управляющий контроллер с внешним управляющим входом (Патент РФ 2158847, 1998 г.). Недостатком такого привода является то, что из внешних факторов воздействия в управляющий контроллер подаются данные только об изменении электрических параметров, но другие изменяющиеся параметры возмущающих факторов остаются неучтенными, например температура окружающего воздуха может приводить к неучтенному изменению характеристик работы привода, что влияет на качество регулировки топливных насосов высокого давления. Отсутствие в управляющем контроллере информации о начальном угловом позиционировании вала регулируемого привода затрудняет ежедневный контроль его технического состояния, а проведение периодической метрологической поверки стенда становится невозможным из-за отсутствия отдельно поверяемого прибора. Отсутствие в управляющем контроллере информации о вибрации электрического двигателя не позволяет правильно выбирать режим его работы и приводит к возникновению детонации и "маятниковому эффекту", что снижает эксплуатационные характеристики регулируемого привода. Отсутствие каналов связи не позволяет создавать многоуровневые системы управления испытательными стендами, автоматизировать процесс управления ими, а также документировать результаты испытаний.

Задача изобретения - повышение адаптивности привода к процессу управления испытанием топливных насосов высокого давления.

Поставленная задача достигается тем, что регулируемый привод испытательного стенда топливных насосов высокого давления, содержащий электродвигатель переменного тока, контур регулирования частоты вращения с датчиками электрических параметров, управляемым преобразователем в цепи питания статора управляющим контроллером, снабжен приспособлением учета возмущающих факторов и формирования обратных управляющих связей, соединенным с контроллером через каналы ввода и вывода и имеющим дополнительные датчики и регуляторы, а управляющий контроллер имеет унифицированные каналы связи с устройствами регистрации, документирования и баз данных.

Целесообразно, чтобы управляющий контроллер был выполнен с дополнительными вводом, выводом, предназначенными для пользователя.

Введение дополнительных входов в управляющий контроллер позволяет:

- подключить датчики слежения за параметрами возмущающих факторов, что необходимо для адаптации процесса управления к их изменениям,

- подключать датчики углового позиционирования оси вращения топливного насоса, что позволит производить контроль функционирования испытательного стенда за счет поверки правильности работы регулируемого привода и адаптации его характеристик к условиям внешних воздействий, а также позволит проводить периодическую метрологическую проверку испытательного стенда, сверяя точностные характеристики регулируемого привода с характеристиками метрологически аттестованного датчика.

Введение унифицированных каналов связи позволит:

- производить объединение нескольких стендов в единую систему и создавать многоуровневые системы автоматизированного управления процессом испытания топливных насосов и документировать результаты испытаний, что необходимо для паспортизации испытуемых насосов.

Регулируемый привод соответствует всем признакам изобретения, а именно:

- признаку наличия конструктивного элемента, поскольку регулируемый привод снабжен приспособлением учета возмущающих факторов и формирования обратных управляющих связей, соединенным с контроллером через каналы ввода и вывода и имеющим дополнительные датчики и регуляторы, а управляющий контроллер имеет унифицированные каналы связи с автоматическими системами высокого уровня, устройствами регистрации, документирования и баз данных,

- признаку наличия связи между элементами, поскольку приспособление соединено с контроллером через каналы ввода и вывода,

- признаку взаимного расположения элементов, поскольку приспособление имеет дополнительные датчики,

- признаку формы выполнения элементов, поскольку приспособление имеет дополнительные регуляторы,

- признаку формы выполнения связи между элементами, поскольку управляющий контроллер имеет унифицированные каналы связи,

- признаку параметров и других характеристик элементов и их взаимосвязи, поскольку управляющий контроллер имеет автоматические системы высокого уровня,

- признаку материала, из которого выполнен элемент, поскольку управляющий контроллер имеет унифицированные каналы связи с автоматическими системами высокого уровня, устройствами регистрации, документирования и баз данных, управляющий контроллер имеет устройства регистрации, документирования и базы данных.

На фиг.1 представлена функциональная схема регулируемого привода. На фиг.2 - то же, структурная схема регулируемого привода.

Регулируемый привод испытательного стенда топливных насосов высокого давления содержит электрический двигатель переменного тока 1, кинематически связанный с испытуемым топливным насосом 2, и последовательно включенные в цепь питания статора измеритель электрических параметров 3 и управляемый преобразователь частоты и напряжения 4, соединенный с управляющим контроллером 5, подключенным к выходу измерителя электрических параметров, к дополнительным входам управляющего контроллера 5 подключены датчики с топливного насоса 6, датчики с электрического двигателя 7, датчики внешней среды 8, каналы связи с автоматизированными системами высокого уровня 9 и устройства регистрации, документирования и баз данных 10, а также регулятор топливного насоса 11, датчик положения вала 12 и дополнительный канал связи пользователя 13 и приспособление учета возмущающих факторов и формирования обратных управляющих связей 14.

При изучении известных устройств регулируемых приводов испытательных стендов насосов высокого давления было выявлено, что введение в данном устройстве в управляющий контроллер дополнительных входов, подключения датчиков для построения обратных управляющих связей и унифицированных каналов связи для построения многоуровневых систем автоматизированного управления и документирования результатов испытаний обладает по сравнению с аналогичными решениями рядом существенных преимуществ: введение входов от внешних датчиков позволяет создавать дополнительные обратные связи и тем самым создавать самонастраивающиеся системы адаптивного управления, а также системы самодиагностики привода, позволяет обеспечить единство и достоверность измерений, значительно сократить время на проведения аттестации измерительного стенда как средства испытания.

Работа регулируемого привода осуществляется следующим образом. Данные об эксплуатационных статистических и динамических характеристиках электродвигателя 1 и программу испытаний топливного насоса 2 заносят в управляющий контроллер 5, корректируют в соответствии с результатом опроса датчиков 6, 7, 8 отладочной программой диагностики, затем запускают программу испытаний управляющего контроллера 5 в соответствии с заданным алгоритмом управления, устанавливают и поддерживают на выходе преобразователя частоты и напряжения 4 такие параметры питающих напряжений и токов, которые соответствуют заложенному алгоритму, причем частоту вращения вала электродвигателя 1, жестко связанного с испытательным насосом 2, косвенно контролируют датчиком электрических параметров 3, включенным на выходе преобразователя частоты питающих напряжений электрического двигателя 1, и при необходимости через управляющий контроллер корректируют по данным датчиков 6, 7, 8, 12, и при необходимости, например, при испытании электронных насосов производят управление его регулятором 11, а для управления по желанию пользователя используют дополнительный канал связи 13, и цикл повторяют.