EXPERIMENTAL VERIFICATION OF THREE-AXLE VEHICLE SIMULATION MODEL

Transkrypt

1 Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 13, No. 1 EXPERIMENTAL VERIFICATION OF THREE-AXLE VEHICLE SIMULATION MODEL Zbigniew Lozia Warsaw University of Technology Faculty of Transport Koszykowa Street 75, Warsaw, Poland tel.: (+48 22) , fax: (+48 22) lozia@it.pw.edu.pl Przemys aw Simi ski Military Institute of Armour and Automotive Technology Okuniewska Street 1, Sulejówek, Poland tel.:( ) , fax: (+48 22) psim@witpis.mil.pl Abstract The growing density of real estate developments in municipal areas of the European countries effected over the past few years in a more intensive traffic of heavy commercial vehicles, travelling through narrow and sinuous street of the cities. In urban areas with high density of real estate developments, the traffic of heavy commercial vehicles with heavy and medium-sized load capacity very often faces serious difficulties due to a large turning radius of those truck. The paper presents results of three-axle vehicle simulation model experimental verification. Simulation as well as experimental tests based on manoeuvres recommended by ISO. The same excitation was applied in both cases. Time histories of the output data (longitudinal and lateral acceleration, yaw velocity, longitudinal velocity and travelled distance) were compared. The results show that simulation model quite well describes properties of real truck. Keywords: vehicle, experimental verification, simulation model, manoeuvrability, turning radius WERYFIKACJA EKSPERYMENTALNA MODELU POJAZDU TRZYOSIOWEGO DO BADA ZWROTNO CI, DYNAMIKI I RUCHU Streszczenie W ostatnich kilku latach mo na zaobserwowa narastaj c intensywno ruchu pojazdów na terenach zurbanizowanych europejskich miast, szczególnie utrudnione jest manewrowanie na kr tych miejskich ulicach. Na terenach miejskich z coraz bardziej g stniej cym ruchem ulicznym, szczególne trudno ci maj pojazdy ci arowe du ej i redniej adowno, co jest zwi zane ze zbyt du ym minimalnym promieniem skr tu, osi ganym przez te samochody. Artyku prezentuje wyniki bada eksperymentalnych modelu symulacyjnego pojazdu trzyosiowego. Badania symulacyjne oraz eksperymentalne przeprowadzono w oparciu o testy rekomendowane przez normy ISO. Takie same wymuszenia stosowano w obu przypadkach. Przebiegi czasowe danych wyj ciowych (przyspieszenie wzd u ne i poprzeczne, pr dko wzd u na, przyspieszenie wzd u ne oraz przemieszczenie) by y porównywalne. Wyniki pokazuj, e model symulacyjny dosy dobrze odzwierciedla w asno ci obiektu rzeczywistego. S owa kluczowe: pojazd, weryfikacja eksperymentalna, model symulacyjny, zwrotno, promie skr tu 1. Wst p Obserwacja samochodów ci arowych wykorzystywanych w sektorach: przemys u (kopalnie, budowy), s u b ratowniczych (stra po arna, pojazdy ewakuacji technicznej), wojskowym, wykaza a e dla tego typu pojazdów zwrotno jest istotnym parametrem i jej polepszenie mo e jednocze nie poprawi ich efektywno w wykonywaniu zada zgodnych z

2 Z. Lozia, P. Simi ski przeznaczeniem. W celu badania ruchu samochodu trzyosiowego zbudowano model symulacyjny. Aby uzyska informacj o wiarygodno ci otrzymywanych w wyniku symulacji wyników, przeprowadzono badania weryfikuj ce zbudowany model matematyczny. 2. Model matematyczny Zbudowano model matematyczny opisywany 9 wspó rz dnymi uogólnionymi. Model uzupe niaj równania algebraiczne i ró niczkowe opisuj ce: reakcje normalne drogi, si y w kontakcie ko a ogumionego z pod o em (w tym stany nieustalone), w asno ci uk adu kierowniczego. Model by szerzej opisywany w pracach [1, 6]. 3. Program symulacyjny Dla przeprowadzenia symulacji ruchu pojazdu z wykorzystaniem zaprezentowanego wy ej modelu, zbudowano program o nazwie PSSYMTO. Do tego celu wykorzystano rodowisko MATLAB, w tym interaktywny pakiet przeznaczony do modelowania SIMULINK, w którym zdefiniowano model [6]. 4. Badania eksperymentalne s u ce weryfikacji modelu symulacyjnego Aby uzyska informacj o wiarygodno ci otrzymywanych w wyniku symulacji wyników, przeprowadzono badania weryfikuj ce zbudowany model matematyczny. Do tego celu zgromadzono i wykorzystano niezb dn aparatur pomiarow, któr stanowi y: przetwornik analogowo-cyfrowy SPGK-1, komputer steruj co-rejestruj cy, czujnik przyspiesze 1 szt., kierownica pomiarowa firmy Datron-MSW1 do pomiaru k ta obrotu kierownicy oraz momentu na kole kierownicy, g owica do pomiaru pr dko ci pod u nej i poprzecznej Datron V1/S 2 szt., czujnik pr dko ci odchylania pojazdu Gyrostar 1 szt., czujnik do pomiaru ci nienia w uk adzie hamulcowym Peltron 2 szt., czujnik k ta obrotu przetwornik impulsowy Introl 6 szt., czujnik tensometryczny si y do pomiaru si y na pedale hamulca 1 szt., zasilacze, okablowanie, ta ma miernicza. Schemat blokowy aparatury wykorzystanej do bada pokazano na rys. 1. Analizy sygna ów dokonano z wykorzystaniem stacjonarnego komputera, za pomoc zbudowanego w tym celu (w rodowisku MATLAB) oprogramowania. Rys. 1. Schemat uk adu pomiarowego Fig. 1. Measurement system scheme 120

3 EXPERIMENTAL VERIFICATION OF THREE-AXLE VEHICLE SIMULATION MODEL Rozmieszczenie czujników w poje dzie (opisanych na rys. 1) pokazano na rys. 2 i 3. Rys. 2. Rozmieszczenie czujników pomiarowych Fig. 2. Location of measurement sensors Rys. 3. Obiekt bada eksperymentalnych trzyosiowy samochód ci arowy Fig. 3. Object of experimental tests - three-axial truck Badania drogowe poprzedzono pomiarami rozk adu mas na osie i strony pojazdu z wykorzystaniem wag b d cych na wyposa enia Laboratorium Bada Pojazdów WITPiS. Badania drogowe wykonano na prostym odcinku drogi o suchej, betonowej nawierzchni. Wszystkie wyniki rejestrowane by y z cz stotliwo ci próbkowania 50 Hz lub 100 Hz. Nast pnie poddano je filtracji dolnoprzepustowej. 5. Weryfikacja eksperymentalna modelu symulacyjnego ruchu i dynamiki trzyosiowego pojazdu ko owego Do weryfikacji eksperymentalnej zbudowanego modelu symulacyjnego wybrano trzy testy z grupy zalecanych przez ISO: hamowanie prostoliniowe [3], ustalony ruch po okr gu [4], manewr z wymuszeniem skokowym na kole kierownicy z liniowym okresem narastania [5]. Testy przeprowadzono wed ug zalece wspomnianych norm ISO. Pewne odst pstwa by y konieczne ze wzgl du na specyficzny rodzaj obiektu badanego, rozmiar odcinków pomiarowych oraz bezpiecze stwo uczestników. Wyniki bada eksperymentalnych 121

4 Z. Lozia, P. Simi ski porównano z badaniami symulacyjnymi, dla warunków i wymusze takich jak w eksperymencie, poprzez zestawienie ich na wykresach Wyniki weryfikacji eksperymentalnej dla hamowania prostoliniowego (norma ISO 6597 [3]) W trakcie hamowania prostoliniowego wymuszeniem by a si a nacisku na peda hamulca. Przebieg si y nacisku pochodz cy z eksperymentu (np. rys. 4). wykorzystano w niezmienionej postaci do symulowania hamowania prostoliniowego. Na rys. 5 7 przedstawiono wyniki jednej z czterech prób. S to przebiegi czasowe przyspieszenia wzd u nego, pr dko ci pojazdu i przemieszczenia wzd u nego rodka masy pojazdu. Rys. 4. Przebieg czasowy si y nacisku na peda hamulca trakcie symulacji oraz eksperymentu Fig. 4. Time histories of force on break pedal (simulation and experiment) Rys. 5. Przebieg czasowy przyspieszenia wzd u nego Fig. 5. Longitudinal acceleration time histories Przebiegi czasowe przyspieszenia wzd u nego otrzymane w symulacji wykazuj do dobr zgodno z eksperymentem. Najwi ksze ró nice warto ci przyspieszenia wyst puj w ko cowej fazie hamowania, tu ró nice si gaj 1 m/s 2 co stanowi 14,3% osi ganych warto ci. Rys. 6. Przebiegi czasowe pr dko ci rodka masy pojazdu Fig. 6. Time histories of truck CG velocity Rys. 7. Przemieszczenie wzd u ne rodka pojazdu w funkcji czasu Fig. 8. Time histories of truck CG travelled distance 122

5 EXPERIMENTAL VERIFICATION OF THREE-AXLE VEHICLE SIMULATION MODEL Dobr zgodno mi dzy symulacj i eksperymentem uzyskano tak e dla przebiegu czasowego pr dko ci wzd u nej. Najwi ksze ró nice wyst puj w przedziale od 1,8 do 2,5 sekundy i si gaj 1 m/s, co stanowi 8,1% osi ganych warto ci. Przetwornik optyczny pr dko ci ma mo liwo ci ca kowania zmierzonej pr dko ci, dzi ki temu mo liwe by o uzyskanie przemieszczenia wzd u nego rodka masy pojazdu. Wyniki porównania przemieszczenia wzd u nego rodka masy wykazuj bardzo dobr zgodno symulacji z eksperymentem (rys. 7). Ró nice d ugo ci drogi hamowania nie przekraczaj 1,9 m dla przypadku hamowania z pr dko ci 11,75 m/s, co stanowi 4,5% warto ci otrzymanej w trakcie bada eksperymentalnych. Ró nice w przyspieszeniu wzd u nym miedzy symulacja a eksperymentem s wi ksze i dla warto ci maksymalnych si gaj 18,7% dla hamowania przy pr dko ci 11,61 m/s Wyniki weryfikacji eksperymentalnej dla ruchu ustalonego po okr gu (norma ISO 4138 [4]) Badania symulacyjne przeprowadzono wed ug jednej z metod zalecanych w pracy [4]. Przy sta ej pr dko ci pojazdu, wynosz cej 19 km/h, zmieniano k t obrotu kierownicy z pr dko ci 0,1 rad/s a do warto ci 2,5 rad. Badania eksperymentalne prowadzono na torze o promieniu 22 m. Zakres pr dko ci zmieniany by od 4,5 km/h do 28 km/h. Otrzymane wyniki zestawiono na wykresie wed ug wymaga ISO [4]. Na rys. 8 przedstawiono ró nice k ta obrotu kierownicy oraz k ta obrotu kierownicy pojazdu Ackermanna w funkcji przyspieszenia poprzecznego. Rys. 8. Ró nica k ta obrotu kierownicy badanego pojazdu oraz k ta obrotu kierownicy odpowiadaj cemu mu pojazdu Ackermanna w funkcji przyspieszenia poprzecznego Fig. 8. Steering-wheel angle minus steering-wheel of Ackermans vehicle versus lateral acceleration 123

6 Z. Lozia, P. Simi ski Model dostatecznie dobrze odzwierciedla w asno ci obiektu rzeczywistego. Widoczne jest, e powy ej 1,5 m/s 2 pojazd staje si nadsterowny. Na rysunku naniesiono tak e, zgodnie z ogólnie przyj tym sposobem przedstawiania takich wyników [4] lini oznaczaj ce 3 odchylenia standardowe. Otrzymane wynik symulacji w wi kszo ci mieszcz si w tym pa mie. Ró nice dla ruchu w lewo oraz w prawo wynikaj z po o enia rodka masy wzgl dem p aszczyzny symetrii samochodu oraz niesymetryczno ci uk adu kierowniczego Wyniki weryfikacji eksperymentalnej dla manewru z wymuszeniem skokowym na kole kierownicy z liniowym okresem narastania (norma ISO 7401 [5]) Badania symulacyjne oraz eksperymentalne przeprowadzono dla jednakowej pr dko ci oraz wymuszenia na kole kierowniczym. Oprócz zestawienia wyników w postaci wykresu, obliczone niektóre ze wska ników oceny: czasy reakcji przyspieszenia poprzecznego T a, T a max ; czasy pr dko ci k towej odchylania, ; T 1 T 1 max wspó czynniki przewy szenia dynamicznego U a, U. 1 Ich sens zilustrowano na rys. 9. U u u u u ss max. (1) ss Rys. 9. Graficzne przestawienie parametrów s u cych do weryfikacji w te cie wymuszenia skokowego na kole kierownicy z liniowym okresem narastania Fig. 9. Graphical representation of transient "step input" test required by ISI 7401 regulation Na rys. 10 przedstawiono zarejestrowany w trakcie bada eksperymentalnych przebieg czasowy wymuszenia na kole kierownicy. Na rys. 11 porównano wyniki symulacji i eksperymentu: przebiegi czasowe pr dko ci k towej odchylania. 124

7 EXPERIMENTAL VERIFICATION OF THREE-AXLE VEHICLE SIMULATION MODEL Dobr zgodno mi dzy symulacj i eksperymentem uzyskano tak e dla przebiegu czasowego pr dko ci wzd u nej. Najwi ksze ró nice wyst puj w przedziale od 1,8 do 2,5 sekundy i si gaj 1 m/s, co stanowi 8,1% osi ganych warto ci. Przetwornik optyczny pr dko ci ma mo liwo ci ca kowania zmierzonej pr dko ci, dzi ki temu mo liwe by o uzyskanie przemieszczenia wzd u nego rodka masy pojazdu. Wyniki porównania przemieszczenia wzd u nego rodka masy wykazuj bardzo dobr zgodno symulacji z eksperymentem (rys. 7). Ró nice d ugo ci drogi hamowania nie przekraczaj 1,9 m dla przypadku hamowania z pr dko ci 11,75 m/s, co stanowi 4,5% warto ci otrzymanej w trakcie bada eksperymentalnych. Ró nice w przyspieszeniu wzd u nym miedzy symulacja a eksperymentem s wi ksze i dla warto ci maksymalnych si gaj 18,7% dla hamowania przy pr dko ci 11,61 m/s Wyniki weryfikacji eksperymentalnej dla ruchu ustalonego po okr gu (norma ISO 4138 [4]) Badania symulacyjne przeprowadzono wed ug jednej z metod zalecanych w pracy [4]. Przy sta ej pr dko ci pojazdu, wynosz cej 19 km/h, zmieniano k t obrotu kierownicy z pr dko ci 0,1 rad/s a do warto ci 2,5 rad. Badania eksperymentalne prowadzono na torze o promieniu 22 m. Zakres pr dko ci zmieniany by od 4,5 km/h do 28 km/h. Otrzymane wyniki zestawiono na wykresie wed ug wymaga ISO [4]. Na rys. 8 przedstawiono ró nice k ta obrotu kierownicy oraz k ta obrotu kierownicy pojazdu Ackermanna w funkcji przyspieszenia poprzecznego. Rys. 8. Ró nica k ta obrotu kierownicy badanego pojazdu oraz k ta obrotu kierownicy odpowiadaj cemu mu pojazdu Ackermanna w funkcji przyspieszenia poprzecznego Fig. 8. Steering-wheel angle minus steering-wheel of Ackermans vehicle versus lateral acceleration 125

8 Z. Lozia, P. Simi ski przyspieszenie poprzeczne a, [m/s 2 ] symulacja eksperyment czas [s] Rys. 12. Przebiegi czasowe przyspieszenia poprzecznego Fig 12. Lateral acceleration time histories; simulation and experiment Wyniki bada symulacyjnych charakteryzuj si krótszymi czasami reakcji. Ró nice w czasie si gaj 58%. Porównanie wspó czynników przewy szenia dynamicznego przyspieszenia poprzecznego pokazuje, e dla symulacji jest on wi kszy o 30% ni dla obiektu rzeczywistego. Dla pr dko ci k towej odchylania wspó czynnik przewy szenia dynamicznego dla eksperymentu jest 3-krotnie wi kszy ni dla symulacji. Porównanie warto ci maksymalnych oraz warto ci w stanie ustalonym przyspieszenia poprzecznego i pr dko ci k towej odchylania wskazuje na bardzo dobr zgodno, ró nice s bardzo ma e i nie przekraczaj 3%. 6. Podsumowanie Przeprowadzona weryfikacja eksperymentalna modelu symulacyjnego, pozwoli a na okre lenie jego mo liwo ci odzwierciedlania w asno ci obiektu rzeczywistego. Próby starano si przeprowadza zgodnie z unormowaniami ISO. Potwierdzaj one przydatno modelu do bada kierowalno ci oraz stateczno ci pojazdów. Zauwa one ró nice maj mniejsze znaczenie w badaniach przy niskich pr dko ciach. Zauwa one ró nice mi dzy wynikami symulacji i eksperymentu dotycz g ównie testu wymuszenia skokowego na kole kierownicy z liniowym okresem narastania a wi c w warunkach du ej dynamiki ruchu badanego pojazdu. Literatura [1] Lozia, Z., Simi ski P., Model przeznaczony do bada stateczno ci ruchu i kierowalno ci trzyosiowego pojazdu ko owego, Teka Komisji Naukowo-Problemowej PAN, Oddzia w Krakowie, Zeszyt 26-27, pp [2] Lozia Z., Pieni ek W., Real Time 7 DOF Vehicle Dynamics Model and its Experimental Verification, SAE Paper [3] Norma ISO 6597, Straight Line Braking Test [4] Norma ISO 4138: Road Vehicles - Steady State Circular Test Procedure [5] Norma ISO 7401, Road vehicles - Lateral transient response test methods, (DIS: 1986, TR: 1988). [6] Simi ski, P., Badania zwrotno ci pojazdów w trakcie ruchu po sztywnym pod o u, Rozprawa doktorska. Wydzia Transportu Politechniki Warszawskiej,

9 Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 13, No. 1 RESEARCHES OF HYDROKINETIC TORQUE CONVERTER ZM130 IN FIXED STATES Zbigniew Pawelski Lodz University of Technology Vehicle Research Institute ul. eromskiego 116, ód, Poland tel.: , fax: pawelski@p.lodz.pl Abstract Researches were leaded in Vehicle Research Institute on state with electric power transmission witch frequency converter and with recuperation energy to main, which was built in 2005 year thank the objective grant from the State Committee for Scientific Research. The state was intended to researches of power transmission systems and its components, with constant and variable ratio. On the state there is possible to lead researches which let to describe static and dynamic properties necessary to work out appropriate control systems in microprocessor technique. The research stand can work with one of three accessible modes of work. Each of it has different quantities to characterize points of work: - motor rpm, generator rpm, - motor torque, generator rpm, - motor rpm, generator torque. The operator starts work with choose of suitable visualization program CITECT, which simultaneously controls work of electrical converter and makes tables available to operator for determine of research cycle. Stand can be start in freely adjust point of work with adjust rpm and torque or cycle, which parameters can be put into table of research cycle realization in visualization program. The researches were led with step rotation speed change of turbine s shaft (for full range of kinematical ratio) and fixed rotation speed of pomp s shaft (series for 1500, 1600 and 1700 rpm). Keywords: hydrokinetic torque converter, researches, stable conditions BADANIA PRZEK ADNI HYDROKINETYCZNEJ ZM130 W STANACH USTALONYCH Streszczenie Badania przeprowadzono w Instytucie Pojazdów na stanowisku z elektrycznym uk adem nap dowym z przemiennikami cz stotliwo ci, ze zwrotem energii do sieci, które zbudowano w 2005r dzi ki dotacji celowej Komitetu Bada Naukowych. Przewidziano je do bada uk adów nap dowych pojazdów oraz podzespo ów, zarówno o sta ym jak i zmiennym prze o eniu. Na stanowisku mog by prowadzone badania zarówno dla okre lenia w asno ci statycznych jak i dynamicznych, niezb dnych do opracowania odpowiednich uk adów sterowania w technice mikroprocesorowej. Stanowisko mo e pracowa w jednym z trzech wybieranych trybów pracy. W ka dym z nich s inne wielko ci okre laj ce punkt pracy. S to: - obroty silnika, obroty pr dnicy, - moment silnika, obroty pr dnicy, - obroty silnika, moment pr dnicy. Wybór pracy operator dokonuje przez uruchomienie odpowiedniego programu wizualizacyjnego CITECT, który jednocze nie steruje prac falowników i udost pnia operatorowi tabele dla zadawania cyklu bada.

10 Z. Pawelski Stanowisko mo na uruchomi w dowolnie ustawionym punkcie pracy o zadanych obrotach i momencie lub w cyklu, którego parametry wpisuje si do tabeli realizacji cyklu bada w programie wizualizacyjnym. Badania przek adni ZM130 przeprowadzono przy skokowej zmianie pr dko ci k towej wa u turbiny (w pe nym zakresie zmian prze o enia kinematycznego, z przyrostami zarówno dodatnimi jak i ujemnymi) i sta ej pr dko ci k towej wa u pompy (serie dla 1500, 1600 i 1700 obr/min). Zaplanowano skoki o warto ciach: 50, 100, 150 oraz 200 [obr/min]. W pracy zamieszczono przyk adowe wyniki z bada. S owa kluczowe: przek adnia hydrokinetyczna, badania, stany ustalone 1.Obiekt bada Obiektem bada jest przek adnia hydrokinetyczna ZM 130, stosowana w adowarkach budowlanych i kopalnianych, b d ca na wyposa eniu Instytutu Pojazdów, Fot. 1. Fot. 1. Przek adnia hydrokinetyczna ZM 130 Pic. 1. Hydrokinetic torque converter ZM 130 Przek adnia ta jest przek adni trójwirnikow, jednozakresow, o sta ej charakterystyce, zapewniaj c prac w zakresie prze o enia kinematycznego 0 i k 0.9. W obudowie przek adni znajduje si 5 kó z batych do nap du pomp hydrostatycznych, które podczas bada nie by y obci one. Badania przek adni hydrokinetycznej ZM 130 mia y na celu wyznaczenie charakterystyki bezwymiarowej dla ró nych pr dko ci k towych wa u pompy, oraz uzyskanie zale no ci opisuj cych prac w nieustalonych warunkach ruchu, spowodowanych skokow zmian pr dko ci k towej wa u turbiny. 128

11 RESEARCHES OF HYDROKINETIC TORQUE CONVERTER ZM130 IN FIXED STATES 2. Opis stanowiska Na wyposa enie stanowiska badawczego sk adaj si, Fot. 2: 1. dwa silniki: nap dzaj cy i hamuj cy, typu SXCe 315 S2s firmy EMIT, o mocy znamionowej 160 [kw] i momencie znamionowym 515 [Nm], przystosowane do zasilania z przemiennika cz stotliwo ci, 2. dwa przemienniki, 3. cz stotliwo ci ACS800 firmy ABB, które w sekcji zasilaj cej maj mostek prostowniczy oraz filtr wej ciowy dla ograniczenia zak óce harmonicznych w zewn trznej sieci elektrycznej, 4. sterownik PLC AC31 firmy ABB, wyposa ony w: kart Ethernet, modu Profibus, 24 wej cia cyfrowe, 16 wyj cyfrowych, 8 wej analogowych, 8 wyj analogowych, z mo liwo ci rozbudowy, 5. program wizualizacji CITECT dla 100 zmiennych, przystosowany dla potrzeb stanowiska przez firm Automatyka i Elektronika Przemys owa z odzi. Fot. 2. Widok stanowiska do bada podzespo ów nap dowych Pic. 2. The few of power transmission system researches place W uk adzie zastosowano dwie maszyny elektryczne, które cechuje praca odwracalna, tzn. mog pracowa zarówno jako silnik jak i jako pr dnica. Ponadto uk ad nap dowy charakteryzuje si wspóln szyn napi cia DC. Jest to niezmiernie istotna cecha, która pozwala na przekazywanie energii elektrycznej z maszyny elektrycznej pracuj cej jako pr dnica do maszyny pracuj cej jako silnik, Rys. 1. Tym sposobem z zewn trznej sieci elektrycznej do uk adu doprowadzana jest energia tylko na pokrycie strat, wielokrotnie mniejsza ni kr ca w roboczym uk adzie nap dowym. Przyk adowo, podczas bada na tym stanowisku przek adni hydrokinetycznej ZM 130 z moc obci eniow 150 [kw], pobór mocy z sieci wynosi ok. 18 [kw]. 129

12 Z. Pawelski Rys. 1. System nap dów ze wspóln szyn napi cia DC Fig. 1. The drives system with DC voltage common rail Zastosowany uk ad nap dowy firmy ABB charakteryzuje: 1. Bardzo szybka odpowied nap du; czas narastania momentu na wale silnika w zakresie 10 90% momentu znamionowego to nie wi cej ni 5 [ms]. 2. Dok adno statyczna regulacji pr dko ci bez sprz enia zwrotnego od wa u silnika nie gorsza ni 10% znamionowego po lizgu silnika. 3. Dok adno dynamiczna regulacji pr dko ci bez sprz enia zwrotnego od wa u silnika nie mniejsza ni 0.4 [%/s]. 4. Znamionowy moment nap dowy silnika uzyskiwany w pe nym zakresie regulacji od zerowej pr dko ci obrotowej oraz mo liwo zadawania i dok adnej regulacji momentu nap dowego bez konieczno ci stosowania sprz enia zwrotnego od wa u silnika. 5. Nieliniowo regulacji momentu na wale silnika nie gorsza ni +/-4% momentu znamionowego silnika dla uk adu pracuj cego w otwartej p tli regulacji (bez sprz enia zwrotnego od wa u silnika). 6. Nieliniowo regulacji momentu na wale silnika nie gorsza ni +/-1% momentu znamionowego silnika dla uk adu pracuj cego w zamkni tej p tli regulacji (ze sprz eniem zwrotnym od wa u silnika). Stanowisko mo e pracowa w jednym z trzech wybieranych trybów pracy. W ka dym z nich s inne wielko ci okre laj ce punkt pracy. S to: - obroty silnika, obroty pr dnicy, - moment silnika, obroty pr dnicy, - obroty silnika, moment pr dnicy. Wybór pracy operator dokonuje przez uruchomienie odpowiedniego programu wizualizacyjnego CITECT, który jednocze nie steruje prac falowników i udost pnia operatorowi tabele dla zadawania cyklu bada. Stanowisko mo na uruchomi w dowolnie ustawionym punkcie pracy o zadanych obrotach i momencie lub w cyklu, którego parametry wpisuje si do tabeli realizacji cyklu bada w programie wizualizacyjnym, Fot. 3. Cykl mo e sk ada si z 12 etapów, w których zadaje si : - obroty (od do 3000 [obr/min]), - moment (od -515 do 515 [Nm]), - sposób zadawania warto ci skokowo, narastaj co lub malej co, - czas trwania etapu od 0.1 do 6500 [s]., - okres modulacji momentu od do 30 [s]., - amplitud modulacji do pe nego zakresu ustawie. Operator przez zadanie amplitudy modulacji ró nej od zera mo e uruchomi modulacj warto ci zadawanego momentu przebiegiem sinus o okresie od 50 [ms] do 30 [s]. Warto chwilowa modulacji jest dodawana do warto ci podstawowej sta ej [skokowo], lub zmiennej [narastaj co] i ograniczana do zakresu warto ci od 515 [Nm] do +515 [Nm]. 130

13 RESEARCHES OF HYDROKINETIC TORQUE CONVERTER ZM130 IN FIXED STATES W trakcie realizacji cyklu w komputerze z wizualizacj, do pliku jest zapisywany co okre lony czas w przedziale od 0.5 do 99 [s] rekord danych aktualnych. Fot. 3. Widok ekranu monitora do programowania i obs ugi zada Pic. 3. The few of monitor screen for tasks operation and programming Podczas bada pr dko k tow wa u turbiny zmieniano skokowo, z przyrostami zarówno dodatnimi jak i ujemnymi. Zaplanowano skoki o warto ciach: 50, 100, 150 oraz 200 [obr/min]. Wykonano seri bada przy sta ej pr dko ci k towej wa u pompy odpowiednio: 1500, 1600 oraz 1700 [obr/min]. Na rysunkach poni ej przedstawiono przyk adowe wyniki z bada. Rys. 2. Zapis wyników z bada podczas przyrostu pr dko ci k towej wa u turbiny o 50 [obr/min] Fig. 2. Save of the researches results while increasing the angular speed of the turbine shaft by 50 RPM 131

14 Z. Pawelski Rys. 3. Zapis wyników z bada podczas przyrostu pr dko ci k towej wa u turbiny o 100 [obr/min] Fig. 3. Save of the researches results while increasing angular speed of the turbine shaft by100 RPM Rys. 4. Zapis wyników z bada podczas przyrostu pr dko ci k towej wa u turbiny o 150 [obr/min] Fig. 4. Save of the researches results while increasing angular speed of the turbine shaft by150 RPM 132

15 RESEARCHES OF HYDROKINETIC TORQUE CONVERTER ZM130 IN FIXED STATES Rys. 5. Zapis wyników z bada podczas przyrostu pr dko ci k towej wa u turbiny o 200 [obr/min] Fig. 5. Save of the researches results while increasing angular speed of the turbine shaft by200 RPM Rys. 6. Zapis wyników z bada podczas skoku ujemnego pr dko ci k towej wa u turbiny o 200 [obr/min] Fig. 6. Save of the researches results while negative jump of angular speed of the turbine shaft by 200 RPM Charakterystyk bezwymiarow przek adni ZM130, dla ró nych pr dko ci k towych wa u pompy, przedstawia Rys. 7. Otrzymane z bada krzywe mo na opisa nast puj cymi równaniami, przyk adowo np.: 133

16 Z. Pawelski II stopnia: - dla pr dko ci k towej wa u pompy B =1500 [obr/min] prze o enie dynamiczne i d : i d = 3,74 i 2 k -5,95 i k +3,26, (1) sprawno : = -1,89 i 2 k +2,28 i k, (2) wspó czynnik momentu = -0,00153 i 2 k +0,00145 i k +0,00134, (3) - dla pr dko ci k towej wa u pompy B =1700 [obr/min] prze o enie dynamiczne i d : i d = 3,02 i 2 k -5,37 i k +3,20, (4) sprawno : = -2,18 i 2 k +2,41 i k, (5) IV stopnia: - dla pr dko ci k towej wa u pompy B =1500 [obr/min] prze o enie dynamiczne i d : i d = i 4 k i 3 k +6,68 i 2 k -7,06 i k +3,34, (6) sprawno : = -4,17 i 4 k +9,08 i 3 k -7,85 i 2 k +2,43 i k, (7) wspó czynnik momentu = -0,00629 i 4 k +0,00658 i 3 k -0,00239 i 2 k +0, i k +0,00139, (8) - dla pr dko ci k towej wa u pompy B =1700 [obr/min] prze o enie dynamiczne i d : i d = -6,79 i 4 k +9,99 i 3 k -1,46 i 2 k -4,76 i k +3,18, (9) sprawno : = -3,83 i 4 k +8,40 i 3 k -7,61 i 2 k +3,45 i k. (10) Krzywe aproksymuj ce 4 stopnia dok adniej odwzorowuj charakterystyki badawcze, Rys. 7. Rys. 7. Charakterystyki bezwymiarowe przek adni hydrokinetycznej przy pr dko ci k towej wa u pompy B = 1500 oraz 1700 [obr/min] Fig. 7. The non-dimensional characteristics of hydrokinetic torque converter by angular pomp shaft speed B = 1500 and 1700 RPM 134

17 RESEARCHES OF HYDROKINETIC TORQUE CONVERTER ZM130 IN FIXED STATES 3 0,8 2,5 0,7 0,6 prze o enie dynamiczne 2 1,5 1 0,5 0,4 0,3 sprawno Serie1 Serie1 Serie2 Serie2 0,2 0,5 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 prze o enie kinematyczne Rys. 8. Przebieg prze o enia dynamicznego oraz sprawno ci podczas skokowej zmiany pr dko ci k towej turbiny o 200 [obr/min] Fig. 8. The courses of dynamic ratio and efficiency while jump change of angular turbine shaft speed by 200 RPM Analizuj c przedstawione powy ej wyniki bada mo na stwierdzi : 1. wysok powtarzalno potwierdzon przyk adowo na Rys. 8 pomiary zaznaczone trójk tami pokrywaj si z zaznaczonymi lini ci g. 2. stany ustalone s warto ciami rednimi z zag szczon liczb punków. 3. stany przej ciowe mi dzy, zag szczonymi punktami, przy narastaniu skokowo pr dko ci k towej turbiny przebiegaj poni ej linii stanów ustalonych, a podczas skoków ujemnych powy ej tej linii. Im mniejsza warto skoku tym mniejsza histereza. 4. Ze wzrostem prze o enia kinematycznego nale y spodziewa si zmiany parametrów dynamicznych; wiadczy o tym wi ksze odchylenie od linii stanów ustalonych. Literatura [1] M udzik, K., Badania przek adni hydrokinetycznej ZM130 w stanach ustalonych i nieustalonych. Praca dyplomowa wykonana pod kierunkiem Zbigniewa Pawelskiego. 135