УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам для контроля систем автоматического регулирования частоты вращения двигателей внутреннего сгорания и может быть использована для определения технического состояния систем автоматического регулирования частоты вращения энергетических установок.
Известны способ и устройство для оценки степени неравномерности регулятора частоты вращения (см. авт. св. СССР №1486845, МПК G01M 15/00, 1989 г.), содержащее датчик частоты вращения, формирователь, преобразователь, пороговый элемент, первый и второй блоки дифференцирования, нуль-орган, триггер, ключ, блок памяти и индикатор, причем выход датчика частоты вращения через формирователь и преобразователь связан с входами порогового элемента и первого блока дифференцирования, один из выходов первого блока дифференцирования через второй блок дифференцирования и нуль-орган связан с первым входом триггера, второй вход три второго логического элемента «И» ггера подключен к выходу порогового элемента, управляющий вход ключа подключен к выходу триггера, сигнальный вход ключа связан со вторым выходом первого блока дифференцирования, выход ключа через блок памяти связан с индикатором.
Недостатками данного устройства является возможность оценки технического состояния регуляторов частоты вращения только по единственному косвенному показателю - максимальному отрицательному угловому ускорению в режиме свободного разгона двигателя внутреннего сгорания и необходимость предварительного установления зависимости величины заброса углового ускорения в область отрицательных значений от величины степени неравномерности регулятора.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для контроля неравномерности вращения вала двигателя внутреннего сгорания (см. патент РФ на полезную модель №156202, МПК G01M 15/00), содержащее датчик частоты вращения, датчик синхронизации по углу поворота коленчатого вала двигателя, формирователи сигналов, счетчики импульсов, коммутаторы и оперативные запоминающие устройства, причем первый выход датчика частоты вращения подключен к входу первого формирователя сигналов, второй выход датчика частоты вращения подключен к входу второго формирователя сигналов, выход датчика синхронизации подключен к входу третьего формирователя, датчик синхронизации по моменту начала впрыска топлива, аналого-цифровой преобразователь, измеритель времени, согласующие устройства, логический элемент «И», дифференциаторы для получения первой и второй производных, устройство сравнения полученной информации с эталонными значениями, преобразователи информации в табличную и графическую форму и внешнее индикаторное устройство в виде персонального компьютера, причем выход датчика синхронизации по моменту начала впрыска топлива соединен с входом третьего формирователя сигналов, выходы формирователей сигналов соединены с входом многоканального аналого-цифрового преобразователя, выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами первого, второго и третьего счетчиков импульсов, выходы счетчиков импульсов соединены с входами соответствующих согласующих устройств, на входы которых подаются также сигналы от измерителя времени, выход первого согласующего устройства соединен с входом первого оперативного запоминающего устройства, а выходы первого и второго согласующих устройств соединены с входом логического элемента «И», выход которого соединен с входом второго оперативного запоминающего устройства, а выходы оперативных запоминающих устройств, в свою очередь, соединены с входом синхронизатора, выход которого соединен с входом дифференциатора для получения первой производной, а его выход соединен с входом дифференциатора для получения второй производной и входами преобразователей информации, выход дифференциатора для получения второй производной также соединен с входами преобразователей информации, выходы преобразователей информации соединены с входами коммутатора, третий вход которого соединен с выходом устройства сравнения полученной информации с эталонными значениями, а выход коммутатора подсоединен к индикаторному устройству в виде персонального компьютера.
Недостатком данного устройства является невозможность фиксации численных значений параметров качества переходных процессов в соответствии с требованиями ГОСТ Р 55231-2012 «Системы автоматического регулирования частоты вращения (САРЧ) судовых, тепловозных и промышленных двигателей внутреннего сгорания. Общие требования»: заброса частоты вращения, длительности переходного процесса регулирования и нестабильности частоты вращения.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение качества и достоверности процесса определения технического состояния систем автоматического регулирования частоты вращения двигателей внутреннего сгорания за счет обеспечения возможности измерения в режимах сброса или наброса нагрузки значений заброса частоты вращения, длительности переходного процесса регулирования и нестабильности частоты вращения.
Для решения поставленной задачи Устройство для контроля систем автоматического регулирования частоты вращения, содержащее датчик частоты вращения, формирователь, счетчик импульсов, измеритель времени, согласующее устройство, оперативное запоминающее устройство, дифференциатор, логический элемент «И», элемент сравнения, коммутатор, подсоединенный к индикаторному устройству, снабжено вторым логическим элементом «И», нуль-органом, запоминающим устройством, переключателем режимов измерений и датчиком положения органа управления подачей топлива, причем выходы оперативного запоминающего устройства соединены с входами дифференциатора и логического элемента «И», выход дифференциатора соединен с первым входом нуль-органа, второй вход нуль-органа соединен с первым выходом переключателя режимов измерений, а выход соединен с входом логического элемента «И», один выход которого соединен с входом коммутатора, а второй выход - с входом запоминающего устройства, при этом выходы запоминающего устройства соединены с входами коммутатора и элемента сравнения, выход последнего соединен с первым входом второго логического элемента «И», второй вход которого соединен с выходом датчика положения органа управления подачей топлива, третий вход - с третьим выходом переключателя режимов измерений, а выход - с входом коммутатора, вход датчика положения органа управления подачей топлива соединен с вторым выходом переключателя режимов измерений, вход которого подсоединен к выходу измерителя времени.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где приведена блок-схема устройства для контроля системы автоматического регулирования частоты вращения.
Устройство состоит из датчика частоты вращения 1, формирователя сигналов 2, аналого-цифрового преобразователя 3, счетчика импульсов 4, измерителя времени 5, согласующего устройства 6, оперативного запоминающего устройства 7, дифференциатора 8, нуль-органа 9, логического элемента «И» 10, запоминающего устройства 11, элемента сравнения 12, второго логического элемента «И» 13, коммутатора 14, индикаторного устройства 15, переключателя режима измерений 16 и датчика положения органа управления подачей топлива 17. Выход формирователя сигналов 2, получающего сигналы от датчика частоты вращения 1, соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 3, выход которого соединен с входом счетчика импульсов 4. Выход счетчика импульсов 4 для согласования полученных сигналов с определенной временной отметкой соединен с входом согласующего устройства 6, к входу которого подсоединен также измеритель времени 5. Выход согласующего устройства 6 соединен с входом оперативного запоминающего устройства 7, выходы которого, в свою очередь, соединены с входами дифференциатора 8 и логического элемента «И» 10. Выход дифференциатора 8 соединен с первым входом нуль-органа 9, второй вход нуль-органа 9 - с первым выходом переключателя режимов измерений 16, а выход нуль-органа 9, в свою очередь, соединен с входом логического элемента «И» 10, а первый выход логического элемента «И» 10 соединен с входом запоминающего устройства 11. Второй выход логического элемента «И» 10 соединен с входом коммутатора 14. Выходы запоминающего устройства 11 соединены с входом элемента сравнения 12 и входом коммутатора 14. Выход элемента сравнения 12 соединен с первым входом второго логического элемента «И» 13. Коммутатор 14 подсоединен к индикаторному устройству 15. Второй выход переключателя режимов измерений 16 соединен с входом датчика положения органа управления подачей топлива 17. Второй вход второго логического элемента «И» 13 соединен с выходом датчика положения органа управления подачей топлива 17, а его третий вход - с третьим выходом переключателя режимов измерений 16. Выход второго логического элемента «И» 13 соединен с входом коммутатора 14.
Устройство работает следующим образом. Первоначально осуществляют монтаж датчика частоты вращения 1, который закрепляют, например, на носке коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, либо на иной вращающейся части энергетической установки, а датчик положения органа управления подачей топлива 16 - на соответствующем механизме, например, на приводе рычага управления подачей топлива регулятора частоты вращения дизельного ДВС. После монтажа и подключения питания устройство готово к работе.
Устройство имеет два режима измерений: измерение нестабильности частоты вращения в режиме установившейся работы двигателя и измерение заброса частоты вращения и длительности переходного процесса при сбросе или набросе нагрузки.
Вначале измеряется нестабильность частоты вращения в режиме установившейся работы двигателя. При этом сигнал от датчика частоты вращения 1 поступает на формирователь сигналов 2, далее на аналого-цифровой преобразователь 3 и после преобразования в двоичный цифровой код и выхода из аналого-цифрового преобразователя 3 на счетчик импульсов 4. После согласования полученного сигнала с временной отметкой от измерителя времени 5 в согласующем устройстве 6 сигнал поступает в оперативное запоминающее устройство 7 и далее одновременно на первый вход логического элемента «И» 10 и на вход дифференциатора 8. После дифференцирования сигнал поступает с выхода дифференциатора 8 на вход нуль-органа 9, который фиксирует нулевое значение производной от угловой скорости вращения коленчатого вала, соответствующее максимальным значениям угловой скорости в колебательном процессе. При получении сигнала от нуль-органа 9 с помощью логической схемы «И» 10 информация фиксируется и передается на запоминающее устройство 11. Далее посредством коммутатора 14 полученные значения передаются на индикаторное устройство 15, что в итоге позволяет оценить отклонение установившейся частоты вращения от нулевых значений и определить степень ее нестабильности.
При измерении заброса частоты вращения и длительности переходного процесса при сбросе или набросе нагрузки переключателем режимов измерений 16 включается соответствующий режим. При этом аналогично описанному ранее режиму измерений сигнал от датчика частоты вращения 1 поступает на формирователь сигналов 2, аналого-цифровой преобразователь 3, счетчик импульсов 4 и оперативное запоминающее устройство 7, далее одновременно на вход логического элемента «И» 10 и вход дифференциатора 8. В этом режиме переключатель режимов измерений 16 подает питание на датчик положения органа управления подачей топлива 17 и соединяет измеритель времени 5 с третьим входом второго логического элемента «И» 13, переключатель режимов измерений 16 направляет полученный после дифференцирования в дифференциаторе 8 сигнал на второй вход нуль-органа 9 и при достижении производной угловой скорости нулевого значения, что соответствует максимальному значению дифференцируемого параметра, происходит фиксация величины заброса частоты вращения коленчатого вала ДВС. Эта информация передается с помощью коммутатора 14 на индикаторное устройство 15. Длительность переходного процесса измеряется следующим образом: предварительно производится измерение нестабильности частоты вращения в конечном установившемся режиме работы двигателя. Информация о полученных результатах сохраняется в памяти запоминающего устройства 11. При сбросе либо набросе нагрузки измерителем времени 5 фиксируется время от начала переходного процесса, определяемое посредством получения сигнала от датчика 17 в момент начала перемещения рычага управления подачей топлива от первоначального положения, до момента достижения полученных ранее и хранящихся в памяти запоминающего устройства 11 значений с помощью элемента сравнения 12. При совпадении полученных результатов с хранящимися в памяти запоминающего устройства 11 значениями и получения соответствующего сигнала от элемента сравнения 12 второй логический элемент «И» 13 соединяет измеритель времени 5 с коммутатором 14, и полученные значения передаются на индикаторное устройство 15.
Заявленное устройство в сравнении с прототипом повышает оперативность и достоверность процесса определения технического состояния систем автоматического регулирования частоты вращения без вмешательства в конструкцию энергетической установки.
Использование второго логического элемента «И», нуль-органа, запоминающего устройства, переключателя режимов измерений и датчика положения органа управления подачей топлива позволяет обеспечить оперативность, полноту и достоверность процесса определения технического состояния систем автоматического регулирования частоты вращения в соответствии с требованиями нормативной документации, в том числе с использованием компьютерной техники в составе современных технических средств измерений и диагностики, так как обеспечивает фиксацию численных значений измеряемых параметров, в том числе длительности переходного процесса регулирования частоты вращения, с целью сравнения полученных величин с нормативными значениями.