Đề bài: Mô phỏng hệ động cơ – phụ tải khi trang bị bộ điều tốc có phản hồi phụ tổng hợp cứng kiểu lực – mềm kiểu lực PGA Bộ điều tốc PGA là bộ điều tốc tác động gián tiếp, có phản hồi phụ tổng hợp cứng kiểu lực – mềm kiểu lực. Trong đó: Khâu cảm biến: 21, 22, 23, 24 Khâu khuếch đại piston kiểu vi phân : 26, 27, 30, 31, 32, 33 Liên hệ ngược cứng lực: 16, 20, 34 Liên hệ ngược mềm lực : 25, 29 Nhận xét: Do liên hệ ngược cứng tác động làm thay đổi biến dạng lòxo, lực đàn hồi thay đổi, lực ly tâm cân bằng thay đổi, vòng quay động cơ sau điều tốc thay đổi .
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ BÁO CÁO THỰC HÀNH Đề bài: Mô phỏng hệ động cơ – phụ tải khi trang bị bộ điều tốc có phản hồi phụ tổng hợp cứng kiểu lực – mềm kiểu lực T a T d T f k a k b k d β θ ψ Thông số 2 2 2 0,2 1 1,4 0,5 1 GIÁO VIÊN HD: PHẠM ĐÌNH BÁ SINH VIÊN: NGUYỄN TUẤN CƯỜNG MSV: 39890 LỚP: MTT51 – ĐH2 Hải Phòng, 2014 BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC VÀ ĐK HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 2 1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC BỘ ĐIỀU TỐC PGA 1.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘ ĐIỀU TỐC PGA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 + _ 35 36 37 Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý bộ điều tốc PGA 1– tay vặn; 2- bình ổn áp; 3- ốc; 4– thanh truyền; 5– êcu; 6- thanh truyền; 7– lò xo; 8– thanh truyền liên hệ ngược của hệ thống đặt tốc độ; 9– lò xo phục hồi; 10- bulông; 11- vòng bi; 12- BCB áp suất kiểu xiphông; 13- cung chứa BCB áp suất; 14- ống lót; 15- ngăn kéo điều khiển; 16- bulông; 17- vít; 18- van bi; 19- bulông chốt; 20- piston đặt tốc độ; 21- lò xo; 22- lò xo điều tốc; 23- quả văng; 24- vòng bi; 25- piston bị động; 26- xilanh quay; 27- con trượt điều khiển; 28- bơm dầu; 29- kim tiết lưu; 30- ống dẫn phụ; 31- piston chủ động; 32- piston servomotor; 33- xilanh servomotor; 34- thanh truyền liên hệ ngược; 35- vít hiệu chỉnh tốc độ cao; 36- chốt giới hán tốc độ cao; 37- khớp nối. 1.2. Sơ đồ chức năng KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM Nguyễn Tuấn Cường MTT51 – ĐH2 BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC VÀ ĐK HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 3 Hình 1.2: Sơ đồ chức năng bộ điều tốc tác dụng gián tiếp có liên hệ ngược tổng hợp cứng lực, mềm lực. Bộ điều tốc PGA là bộ điều tốc tác động gián tiếp, có phản hồi phụ tổng hợp cứng kiểu lực – mềm kiểu lực. Trong đó: - Khâu cảm biến: 21, 22, 23, 24 - Khâu khuếch đại piston kiểu vi phân : 26, 27, 30, 31, 32, 33 - Liên hệ ngược cứng lực: 16, 20, 34 - Liên hệ ngược mềm lực : 25, 29 Nhận xét: Do liên hệ ngược cứng tác động làm thay đổi biến dạng lò-xo, lực đàn hồi thay đổi, lực ly tâm cân bằng thay đổi, vòng quay động cơ sau điều tốc thay đổi )( 0 nn ≠ . 1.3. Nguyên lý làm việc của bộ điều tốc PGA 1.3.1. Khi tải không đổi Khi chế độ hoạt động của động cơ cân bằng ổn định, thì lực ly tâm của quả văng 23 của BCB sẽ cân bằng với lực căng của lò xo điều tốc 22, con trượt điều khiển 27 nằm ở vị trí đóng kín cửa thông dầu áp lực cao của BKĐ, cơ cấu piston chủ động 31 không hoạt động, đường dầu áp lực không thông nhau, dầu áp lực không được bơm vào phần dưới của xi lanh servomotor 33, piston servomotor 32 đứng yên, thanh răng nhiên liệu không đổi → vòng quay động cơ không đổi. 1.3.2. Khi tải tăng Khi cân bằng bị phá vỡ, ví dụ khi tăng tải, vòng quay của trục động cơ giảm. Lực lò xo 22 thắng lực ly tâm của các quả văng 23, đẩy con trượt ĐK 27 đi xuống mở cửa dầu áp lực A 1 . Dầu có áp suất cao (được bơm cấp dầu 28 liên tục cấp dầu) đi vào đường dầu A 1 , và đường dầu A 0 . Dưới áp lực của dầu( trong đường dầu A 1 ) Piston chủ động 31 sẽ dịch chuyển về phía bên phải, mở cửa thông dầu A 1 và đường dầu vào phần dưới xi lanh servomotor 33, đồng thời dầu liên tục được cấp vào phần trên xi lanh 33 qua đường dầu A 0 . Do diện tích tiếp xúc giữa dầu và piston servomotor 32 ở bên dưới lớn hơn bên trên, do đó lực dầu sẽ đẩy piston 32 di chuyển lên trên, thanh răng nhiên liệu cũng di chuyên lên trên theo chiều tăng lượng cấp nhiên liệu. KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM Nguyễn Tuấn Cường MTT51 – ĐH2 BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC VÀ ĐK HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 4 LHNC: Khi thanh răng nhiên liệu di chuyển lên phía trên, đồng thời thanh truyền liên hệ ngược 34 đi lên trên đấy bu lông 16 đi lên trên, bu lông 16 sẽ tác động vào BCB, là cho con trượt điều khiển 27 đi lên, trở về vị trí đóng cửa dầu áp lực A 1 . LHNM lực: Khi con trượt điều khiển 27 chuyển động đi xuống, dầu có áp lực cao bắt đầu tràn vào đường ống phía dưới của piston bị động 25 làm cho áp suất ở đường ống này trong tức thời tăng cao hơn áp suất ở đường ống phía trên piston bị động 25, sự chênh áp này sẽ làm piston bị động 25 chuyển động từ dưới lên trên góp phần đưa 27 trở về vị trí đóng đường dầu phía dưới, rút ngắn thời gian điều chỉnh. Kim tiết lưu 29 sẽ giúp cho áp suất ở đường dầu phía trên và phía dưới của piston bị động 25 dần dần trở về trạng thái cân bằng sau một khoảng thời gian 1.3.3. Khi tải giảm - Khi tải giảm, vòng quay của động cơ tăng lên, lực nâng của quả văng 23 thắng lực đàn hồi của lò xo điều tốc 22, kéo con trượt điều khiển 27 đi lên. Đường dầu phía dưới được mở ra thông với đường dầu áp lực thấp, khi đó piston chủ động 31 chuyển động từ phải qua trái mở ống dầu phụ 30. Như vậy không gian phía dưới của piston servomotor 32 thông với đường dầu áp lực thấp, không gian phía trên thông với đường dầu áp lực cao. Piston servomotor 32 chuyển động đi xuống, đẩy thanh răng nhiên liệu theo chiều giảm lượng cấp nhiên liệu vào động cơ. - Quá trình điều chỉnh chỉ kết thúc khi con trượt điều khiển 27 nằm ở vị trí đóng đường dầu phía dưới. KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM Nguyễn Tuấn Cường MTT51 – ĐH2 BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC VÀ ĐK HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 5 2. MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ ĐIỀU TỐC BẰNG MATLAB 2.1. Xác định hàm truyền theo tham số Ta có: Ta được: KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM Nguyễn Tuấn Cường MTT51 – ĐH2 BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC VÀ ĐK HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 6 2.2. XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CỦA HÀM TRUYỀN T a T d T f k a k b k d β θ ψ Thông số 2 2 2 0,2 1 1,4 0,5 1 THAY VÀO: Thay vào: = = = = 2.3. KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ Xét phương trình đặc trưng: Theo Hurwirtz: Hệ thống điều khiển tự động sẽ ổn định nếu: - Tất cả các hệ số của phương trình đặc trưng là dương - Tất cả các định thức Hurwirtz đều dương Như ta đã thấy tất cả các hệ số của phương trình đặc trưng đều dương Ta xét: 2 ∆ = 1 3 0 2 a a a a ÷ = = 79,32 > 0 Vậy hệ đã cho là ổn định. KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM Nguyễn Tuấn Cường MTT51 – ĐH2 BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC VÀ ĐK HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 7 KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM Nguyễn Tuấn Cường MTT51 – ĐH2 BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC VÀ ĐK HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 8 3.MÔ PHỎNG HỆ TRÊN SIMULINK KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM Nguyễn Tuấn Cường MTT51 – ĐH2 BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC VÀ ĐK HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 9 Mô phỏng hệ động cơ – phụ tải khi trang bị bộ điều tốc PGA bằng Simulink KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM Nguyễn Tuấn Cường MTT51 – ĐH2 . TỐC PGA 1.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘ ĐIỀU TỐC PGA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 + _ 35 36 37 Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý bộ điều tốc PGA . của piston bị động 25 làm cho áp suất ở đường ống này trong tức thời tăng cao hơn áp suất ở đường ống phía trên piston bị động 25, sự chênh áp này sẽ làm piston bị động 25 chuyển động từ dưới. suất; 14- ống lót; 15- ngăn kéo điều khiển; 16- bulông; 17- vít; 18- van bi; 19- bulông chốt; 20- piston đặt tốc độ; 21- lò xo; 22- lò xo điều tốc; 23- quả văng; 24- vòng bi; 25- piston bị động;