Основы работы и устройства регуляторов

Тепловозные дизели работают при постоянной частоте вращения коленчатого вала, задаваемой машинистом с помощью контроллера в соответствии с потребностями в мощности. Таким образом, определенной позиции контроллера соответствует определенная мощность, развиваемая двигателем за счет сгорания определенного количества топлива. Вращающий момент на коленчатом валу, создаваемый силами газов, при постоянной частоте вращения должен уравновешиваться моментом сопротивления вращению, складывающимся из эффективного (тягового) момента на валу генератора, момента механических сопротивлений в дизеле (в подшипниках, в поступательных парах трения) и момента от вспомогательных нагрузок (привод вентиляторов, компрессора, вспомогательных электрических машин, насосов и других агрегатов). В этом случае при изменении приложенного к валу внешнего момента равновесие нарушается. При уменьшении внешнего момента избыток вращающего момента, создаваемый дизелем, который получает от топливного насоса за каждый рабочий цикл прежнее количество топлива, приводит к повышению частоты вращения коленчатого вала. При увеличении внешнего момента ди зель вынужден, наоборот, снижать частоту вращения вала.

Для того чтобы можно было обеспечить устойчивую работу дизеля, т. е. поддерживать постоянство частоты вращения его коленчатого вала, нужно добиваться либо неизменности внешнего вращающего момента на определенной позиции контроллера, либо устанавливать подачу топлива в цилиндры дизеля в полном соответствии с изменяющимся внешним моментом.

Неизменности внешнего вращающего момента на валу дизеля достичь трудно, поэтому для поддержания постоянной частоты вращения коленчатого вала на тепловозах применяют регулирование подачи топлива в цилиндры дизеля. Это и осуществляет регулятор дизеля, воздействуя на топливный насос. Если регулятор выполняет функцию поддержания частоты вращения вала дизеля постоянной трлько путем регулирования момента газовых сил за счет цикловой подачи топлива, его называют просто регулятором частоты вращения. Такой регулятор позволяет восстановить заданную частоту вращения в короткий промежуток времени. Если регулятор выполняет функцию поддержания частоты вращения вала дизеля постоянной не только за счет регулирования момента газовых сил, но и за счет регулирования внешнего момента на валу генератора, то его называют объединенным регулятором частоты вра щения и нагрузки дизеля. Объединенный регулятор, воздействуя на рейки топливных насосов, и индуктивный датчик, включенный в цепь управления возбуждением генератора, обеспечивает возможность использования полной мощности дизеля при различных условиях движения тепловоза, а также при включении и выключении его вспомогательных агрегатов.

Объединенный регулятор состоит из собственно регулятора частоты вращения, регулятора мощности и электрогидравлической системы управления частотой вращения. Регуляторы частоты вращения устанавливаются на дизелях 2Д100, Д50, ПД1М, объединенные регуляторы частоты вращения коленчатого вала и нагрузки дизеля применены на дизелях 10Д100, 14Д40, 11Д45, 5Д49. По принципу действия, конструкции регулятор частоты вращения, представляющий часть объединенного регулятора, практически не отличается от регуляторов частоты вращения дизелей 2Д100 и ПД1М.

Чтобы понять взаимодействие элементов регулятора и процессы, происходящие при регулировании, рассмотрим структурные схемы обоих типов регуляторов (рис. 95). Основным элементом регулятора (рис. 95, а) является измеритель частоты вращения 3 или чувствительный элемент, реагирующий на изменение угловой скорости вращения коленчатого вала Дсо. К измерителю машинистом с помощью контроллера подается сигнал настройки Н. В случае если сигнал угловой скорости (о соответствует сигналу настройки Н, сигнал регулирования Аг измеритель частоты не вырабатывает. При изменении внешней нагрузки частота вращения коленчатого вала дизеля изменится и не будет соответствовать заданной настройке. Измеритель частоты зафиксирует это несоответствие и выдаст сигнал регулирования Аг. Этот сигнал должен поступать на регулирующий орган-рейку топливного насоса для изменения цикловой подачи топлива в цилиндр. Если сигнал Дг непосредственно передается регулирующему органу топливного насоса, такой регулятор называют регулятором прямого действия. У мощных дизелей регулятор соединен с рейками топливных насосов передачей из системы рычагов и тяг и для приведения их в действие требуется значительное усилие. Поэтому сигнал регулирования Дг у регуляторов тепловозных дизелей сначала усиливается серводвигателем 4 до Ау, а затем передается на регулирующий орган насоса 2. Регуляторы с серводвигателями называют регуляторами непрямого действия с обратной связью. Обратная связь 5 предназначена для корректировки входного сигнала Дг в серводвигатель в зависимости от выходного Ау. Применение обратной связи обес

Рис. 95. Структурные схемы регуляторов частоты вращения (а), частоты вращения и мощности (б):
36. Основы работы и устройства регуляторов

1 - дизель; 2 - топливный иасос; 3 - измеритель частоты вращения; 4, 6, 3 - серводвигатели; 5, 7 - обратные связи; 9 - индуктивный датчик; 10 - генераторпечивает устойчивость процессу регулирования и устраняет автоколебания. По сигналу Ау цикловая подача топлива изменяется на Д#е так, чтобы частота вращения вала дизеля 1 соответствовала заданной настройке Н измерителя частоты вращения 3.

В объединенном регуляторе (рис. 95, б) имеются все основные элементы регулятора частоты вращения и добавлен регулятор МОЩНОСТИ с золотником нагрузки 6, обратной связью 7 и серводвигателем нагрузки 8. К золотнику нагрузки 6 поступают два сигнала, один из которых пропорционален сигналу настройки Н измерителя частоты вращения, а другой пропорционален сигналу Ау, вырабатываемому серводвигателем для регулирования подачи топлива. На входе в золотник нагрузки оба сигнала суммируются с противоположными знаками. В зависимости от знака и суммы золотник нагрузки вырабатывает сигнал Ддо, который усиливается серводвигателем до Д/г и передает его индуктивному датчику 9. Датчик изменяет возбуждение тягового генератора 10 на Аіь и изменяет мощность генератора.

Регулятор частоты вращения дизеля ПД1М. Регулятор дизеля ПД1М установлен на картере топливных насосов. Все элементы регулятора размещены в трех чугунных корпусах: верхнем, среднем, нижнем, соединенных между собой фланцами. К среднему корпусу сбоку прикреплен серводвигатель, к которому в свою очередь присоединен корпус золотника автоматического выключения дизеля. Над золотником расположены электромагнит с толкателем, закрытые кожухом.

В нижней части корпуса (рис. 96), вставленного в картер топливных насосов, размещен привод регулятора. В средней части корпуса смонтирована золотниковая часть регулятора, состоящая из чугунной буксы 16, траверсы 9 с рычагами и грузами 15, золотника 27 и плунжера 17. Внизу корпуса смонтированы шестерни масляного насоса 23 регулятора. Букса с траверсой, рычагами и грузами, а также масляный насос приводятся во вращение конической шестерней 24, вал которойсоединен с приводным валиком буксы упругой шлицевой муфтой.

В верхней части корпуса расположена всережимная пружина 13 с зубчатым механизмом (зубчатая втулка 11 и зубчатый сектор 12 с приводным валиком). Приводной валик, связанный жестко с зубчатым сектором, на одном конце на шлицах имеет рычаг, соединенный через систему 11 ТЯГ и рычагов с электропневматическим механизмом IV регулятора, а на другом - указатель затяжки всережим-ной пружины.

В корпусе 4 серводвигателя, разделенном перегородкой, помещены два поршня 2, 3, связанные одним штоком 1 и нагруженные сверху пружиной 5. Верхний поршень 3 силовой, а нижний 2 компенсирующий. Серводвигатель позволяет создать необходимое усилие для перемещения реек топливных насосов, с которыми он связан штоком через систему тяг и рычагов. При подъеме силового поршня вверх подача увеличивается, при опускании под действием пружины - уменьшается. Рассмотрим принципиальное устройство и взаимодействие частей регулятора частоты вращения при различных режимах работы.

При установившемся режиме усилие всережимной пружины 13 уравновешивается центробежной силой грузов 15, которые занимают вертикальное положение. Золотник 27 удерживается компенсирующей пружиной 25 в среднем положении, при котором плунжер 17 своим нижним диском перекрывает окна в золотнике 27, соединенные каналом 7 с камерой под поршнем 3 серводвигателя. При этом масло, подаваемое шестеренным насосом (шестерни 23), по боковому каналу 19 поступает в аккумулятор 20 над поршнями аккумулятора масла, не может попасть в серводвигатель, так как канал 7 закрыт. Под давлением масла поршни аккумулятора опускаются, сжимая пружины, и масло по каналу 21 сливается в масляную ванну.

Силовой поршень 3 и компенсирующий 2 неподвижны. Объясняется это тем, что давление пружины 5 над Рис. 96. Схема устройства всережимного регулятора частоты вращения и дистанционногоуправления дизелем ПД1М:

36. Основы работы и устройства регуляторов

1 - шток серводвигателя; 2 - компенсационный поршень; 3 - силовой поршень; 4 - корпус серводви гателя; 5 - пружина; 6. 7, 18. 19, 21 - каналы; 8 - колпак пружины; 9 - фланец траверсы; 10 - шарикоподшипник; 11 - зубчатая втулка; 12 - зубчатый сектор; 13 - всережимная пружина; 14 - тарелка пружины; 15 - грузы; 16 - букса; 17 - плунжер; 20 - аккумулятор; 22 -- масляная ванна; 23 - шестеренный насос; 24 - коническая шестерня; 25 - компенсирующая пружина; 26 - поршень золотника; 27, 31 - золотники; 28 - игольчатый клапан; 29, 30 - верхняя н нижняя тарелка компенсирующей пружины; 32 - электромагнитные катушки; а, б - каналы; 1 - узел регулирования частоты вращения; 11 - рычажный привод к зубчатому сектору регулятора; 1/1 - реле давления масла; IV - электропневматические клапаны; V - рычажный привод к рейке топливного насоса; VI - подкачивающий насос; VII - аккумуляторная батарея; VIII - контроллер; IX - привод от коленчатого вала; X - топливный насос;

XI - форсункасиловым поршнем уравновешивается давлением масла под поршнем, которое не имеет выхода, так как канал 7 закрыт. Обычно в таком положении регуляторы находятся непродолжительное время. При изменении нагрузки на дизель равновесие нарушается.

При уменьшении нагрузки на дизель в первый момент топливные насосы X продолжают подавать в цилиндры дизеля прежнее количество топлива в соответствии с ранее установленной нагрузкой, т. е. больше, чем при данной нагрузке требуется. Уменьшение нагрузки при неизменнойподаче топлива приводит к увеличению частоты вращения коленчатого вала, а следовательно, к увеличению частоты вращения грузов 15.

Под действием центробежных сил грузы 15 начнут расходиться и поднимать плунжер 17, диск которого будет открывать окна в канал 7. Масло из-под силового поршня 3 по каналу 7, окнам в золотнике и каналу 18 будет сливаться в ванну 22. Под действием усилия пружины 5 поршень 3 начнет опускаться вниз и через рычажную систему V действовать на рейки топливных насосов в сторону уменьшения подачи топлива. В связи с этим часто та вращения коленчатого вала будет уменьшаться.

При опускании силового поршня 3 будет опускаться и компенсирующий поршень 2. Образовавшееся над поршнем 2 пространство не может быть сразу заполнено маслом через дроссельное отверстие регулировочной иглы 28, поэтому образовавшийся перепад давлений на поршни вызовет поступление масла по каналу 6 из полости над поршнем 26 в полость над поршнем 2. Это позволит поршню 26 с золотником 27 медленно подниматься вверх, сжимая компенсирующую пружину 30. По мере сжатия пружины 30 ход поршня 26 вверх будет замедляться, и через какой-то промежуток времени движение его начнет отставать от движения компенсирующего поршня 2. Золотник 17 поднимется, и плунжер своим диском начнет постепенно перекрывать окна в золотнике, что уменьшит утечку масла из-под силового поршня 3. При этом частота вращения коленчатого вала, достигнув максимума для данной регулировки, начнет уменьшаться, а грузы соответственно сходиться.

После того как окна золотника будут полностью закрыты, движение поршня 3 в сторону уменьшения подачи топлива прекратится. Однако при этом частота вращения коленчатого вала дизеля еще не будет соответствовать установленной, она будет немного меньше, а следовательно, грузы будут продолжать сходиться, постепенно возвращая плунжер в начальное положение (вниз). Одновременное плунжером возвращается в исходное положение и золотник, который передвигается компенсирующей пружиной 30. Перемещение пружины вызывается уменьшением разрежения в полости над поршнем золотника вследствие заполнения ее маслом, перетекающим через компенсирующий игольчатый клапан 28 из масляной ванны. Плунжер и золотник движутся к исходному положению вниз вместе. Таким образом обеспечивается уменьшение подачи топлива, частота вращения восстанавливается до первоначально заданной.

При увеличении нагрузки на дизель в первый момент топливные насосы продолжают подавать в цилиндры дизеля количество топлива, соответствующее ранее установленной нагрузке, т. е. меньше, чем требуется. Это приведет к уменьшению частоты вращения коленчатого вала дизеля, а следовательно, и к уменьшению частоты вращения грузов 15, грузы начнут сходиться к центру, спуская плунжер 17 вниз, диск плунжера верхней кромкой будет открывать окна в канал 7 и масло из канала 19 через окно золотника и канал 7 начнет поступать в полость под силовым поршнем 3. Под давлением поступающего масла поршень 3 начнет подниматься вверх, сжимая пружину 5. При этом подача топлива в цилиндры увеличится, уменьшение частоты вращения коленчатого вала прекратится. Одновременно с поршнем 3 вверх будет подниматься и поршень 2. Над ним, а также в канале 6 и над поршнем золотника создается давление масла, заставляющее золотник двигаться вниз и сжимать при этом компенсирующую пружину 30. Движение золотника вниз прекратится лишь после перекрытия отверстия в канал 7 нижним пояском плунжера. Перекрытие отверстия в золотнике закроет доступ масла под силовой поршень, вследствие чего прекратится движение штока серводвигателя в направлении увеличения подачи топлива. Во время восстановления частоты вращения грузы расходятся, постепенно возвращая плунжер в начальное положение (вверх). Одновременно с плунжером возвращается в начальное положение (определенное затяжкой всережимной пружины) и золотник, передвигаемый компенсирующей пружиной. Перемещение золотника пружиной вызывается уменьшением давления в полости над поршнем золотника вследствие вытекания из нее масла через компенсирующий игольчатый клапан 28 в масляную ванну. Таким образом, обеспечивается увеличение подачи топлива в цилиндры пропорционально увеличению нагрузки, а также восстановление частоты вращения коленчатого вала до пер

Рис. 97. Принципиальная схема объединенного регулятора частоты вращения и мощностидизеля 1 ОД 100:
36. Основы работы и устройства регуляторов

1 - поршень силового серводвигателя; 2 - корпус стоп-устройства; 3 - индуктивный датчик; 4 - серводвигатель регулятора мощности; 5, 13, 27 - пружины; 6 - серводвигатель регулятора; 7 - верхний шток; 8 - иглы регулятора нагрузки; 9 - выключающее устройство; 10 - коромысло; 1/, 16, 22, 29 -- золотники; 12, 23 - золотниковые втулки; 14 - серводвигатель управления; 15 - поршень серводвигателя управления; 17, 35 - рычаги; 18 - гайкн; 19 - пружина измерителя; 20 - грузы; 21 - шестерня: 24 - масляный насос; 25 - масляная ванна; 26 - аккумуляторы масла; 28 золотниковая втулка; 30 - треугольная пластина; 31 - иглы изодрома; 32 - поршень буфера; 33 - упор минимальной частоты вращения;

34 - тягавоначально заданного числового значения.

Задание новой частоты вращения коленчатого вала контроллером машиниста обеспечивается уменьшением или увеличением затяжки всережим-ной пружины. Частота вращения вала дизеля увеличивается при усилении затяжки. Изменением затяжки нарушается равновесие между усилием всережимной пружины и слой инерции вращающихся грузов и одновременно задается новое исходное положение плунжеру. При этом повторяются все процессы, которые происходят при увеличении или уменьшении нагрузки на дизель.

Работа регулятора частоты вращения возможна только при включенной катушке блокировочного магнита 32, в этом случае его магнитный сердечник через толкатель смещает вниз золотник 31, запирающий выход масла из-под силового поршня 3, обеспечивая тем самым рабочее положение регулятору. При обесточивании катушки блокировочного магнита его сердечник поднимается вверх, золотник под давлением масла будет поднят, масло из-под силового поршня перетечет в полость над ним, а шток серводвигателя под действием пружины передвинется в крайнее нижнееположение, выключив подачу топлива в цилиндры дизеля.

Регулятор частоты вращения коленчатого вала и нагрузки дизеля (объединенный регулятор). Объединенный регулятор дизеля 1 ОД 100 - всережимный, изодромный центробежного типа с гидравлическим усилителем (серводвигателем), с собственной масляной системой, с электрогидравлической системой управления частотой вращения, с устройством для автоматического регулирования мощности дизель-генератора и со стоп-устройст-вом по импульсу от системы защиты дизеля. Регулятор (рис. 97) состоит из измерителя частоты вращения, серводвигателя усилителя сигнала частоты вращения коленчатого вала, обратной связи регулятора частоты вращения, серводвигателя нагрузки, обратной связи регулятора нагрузки и индуктивного датчика.

Измеритель частоты вращения для получения сигнала регулирования использует центробежную силу инерции груза, вращающегося вокруг оси. В связи с этим регулятор частоты вращения называют центробежным. Центробежный измеритель частоты вращения вместе с золотниковой частью вращается в центральном отверстии корпуса регулятора. Золотниковая часть представляет собой буксу с размещенным внутри золотником 22. Букса по всей длине имеет ряд проточек с отверстиями в них для сообщения каналов корпуса регулятора с полостями золотника. В нижнюю часть буксы запрессована золотниковая втулка, связанная внутренними шлицами с приводным валом регулятора. На наружных шлицах втулки посажена ведущая шестерня масляного насоса 24.

На верхнюю часть буксы напрессована шестерня 21, которая несет на себе два груза 20. Грузы выполнены в виде угловых рычагов, качающихся на игольчатых подшипниках своих осей. Концы рычагов через тарелки и шариковый подшипник упираются в пружину 19 измерителя. Верхний конец пружины упирается в поршень 15 серводвигателя управления. Верхняя часть золотника 22 гайкой соединена с опорной тарелкой пружины 19.

Серводвигатель управления 14 принимает сигнал настройки, подаваемый машинистом, и осуществляет затяжку пружины 19. Число возможных настроек (затяжек) пружины равно числу позиций контроллера, что охватывает все режимы работы дизеля. Поэтому пружину 19 называют всережимной.

Затяжку пружины увеличивают при необходимости задания большей частоты вращения вала дизеля. При заданной настройке и установившейся частоте вращения грузы 20 занимают такое положение, при котором их центробежные силы уравновешиваются усилием затяжки всережимной пружины Как только произойдет изменение настройки (затяжки) пружины или изменение частоты вращения вала, то равновесие грузов нарушится и они начнут сходиться или расходиться, заставляя перемещаться золотник 22 вниз или вверх. В результате этого золотник 22, который управляет движением поршня серводвигателя 6, подает сигнал регулирования на усиление Серводвигатель 6 крепится шпильками к боковой площадке корпуса регулятора. Он состоит из корпуса 6, силового поршня 1 и пружины 5. Шток поршня одним концом соединен через систему тяг и рычагов с рейками топливных насосов, второй - посредством коромысла 10 и рычага 17 связан с поршнем 15 серводвигателя управления. Движение поршня 1 вверх (на увеличение подачи топлива) совершается под действием давления масла, поступающего из аккумуляторов 26 через золотник 22. Поршень вниз (на уменьшение подачи топлива) двигается под действием пружины 5. Усилие на шток, обеспечиваемое серводвигателем, оказывается достаточным для перемещения реек топливных насосов.

Изодромная обратная силовая связь позволяет своевременно ограничить движение поршня серводвигателя. Процесс регулирования изменившегося режима работы дизеля завершится тогда, когда поршень серводвигателя займет определенное положение и установит рейки топливного насоса на подачу, соответствую

Рис. 98. Схема регулятора с гибкой обратной связью-
36. Основы работы и устройства регуляторов

1 - серводвигатель; 2 - цилиндр; Л - поршень. 4 - пружина-компенсатор; 5 - муфта регулятора;

щую данному режиму, а золотник 22 перекроет доступ масла к поршню 1. Вследствие того, что частота вращения коленчатого вала дизеля не может измениться так быстро, как регулятор изменяет подачу топлива, необходимо несколько раньше ограничить перемещение поршня и тем самым избежать излишней или недостаточной подачи топлива в цилиндры дизеля. Это ограничение движения поршня в соответствии с изменением нагрузки осуществляется изодромной обратной связью. К изодромной обратной связи относится поршень 32 с пружинами, игла изодрома 31 и компенсационный поясок Д золотника 22.

Поясним принцип обратной связи с помощью упрощенной схемы центробежного регулятора (рис. 98). Муфта 5 измерителя частоты вращения регулятора связана с золотником 6 двуплечим рычагом АВ. Золотник, находясь в среднем положении, своими кольцевыми поясками перекрывает доступ масла к поршню серводвигателя 1. Верхний конец штока поршня серводвигателя посредством цилиндрика 2 с поршеньком 3 соединены со вторым концом А двуплечего рычага. Поршенек 3 имеет калиброванные отверстия. По направлению действия штока 3 к концу рычага прикреплена пружина, играющая роль компенсатора.

При перемещении муфты 5 измерителя частоты вращения, например, вверх она потянет за собой двуплечийрычаг АВ. Так как поршень серводвигателя имеет сравнительно большее сопротивление, чем золотник, то в начальный момент точка А рычага остается неподвижной, а золотник переместится вверх и откроет доступ масла из аккумулятора в полость серводвигателя под поршень. Поршень, поднимаясь вверх, передает движение концу рычага А через цилиндр 2 и поршенек 3. Цилиндрик, заполненный маслом, дросселирует его своим поршеньком достаточно медленно и поэтому рычаг АВ, поворачиваясь вокруг точки О, возвращает золотник в первоначальное положение, прекращая доступ масла в цилиндр серводвигателя.

Движение поршня прекратится как раз в тот момент, когда насосы увеличат подачу топлива до количества, соответствующего увеличению нагрузки. Таким образом, соединение левого конца рычага АОВ с поршнем серводвигателя позволяет возвращать золотник в среднее положение, не дожидаясь, когда сделает это измеритель частоты вращения. Если бы конец штока силового поршня был непосредственно соединен с концом А рычага, такая связь называлась бы жесткой обратной связью. Обратной она называется потому, что силовой поршень с помощью рычага АОВ передает обратное воздействие на золотник. В рассмотренном случае шток силового поршня соединен с рычагом АОВ не жестко, а через систему цилиндр - поршень с дросселированием масла через отверстия в поршне. Поэтому такую связь называют гибкой. Гибкость или упругость связи достигается тем, что незадолго до того момента, как золотник посредством рычага АОВ возвратится в среднее положение, масло в цилиндрик 2 под влиянием пружины-компенсатора, действующей на поршенек, дросселируется через отверстия в другую полость, давая возможность поршеньку перемещаться вниз. При этом рычаг АОВ, поворачиваясь вокруг точки В, переместит муфту измерителя частоты вращения в свое первоначальное положение, что в свою очередь установитгрузы регулятора также в первоначальное положение, при котором наступит равновесие в тот момент, когда частота вращения вала станет прежней. Таким образом при наличии упругой связи удается сохранить постоянной частоту вращения вала дизеля при разных нагрузках. Устройство (цилиндр с поршнем и компенсирующей пружиной), превращающее жесткую связь в гибкую, обычно называют изодромом '.

В рассматриваемой конструкции регулятора (см. рис. 97) ограничение движения поршня серводвигателя в соответствии с изменением нагрузки осуществляется путем воздействия на поясок Д золотника 22. Происходит это следующим образом. При перемещении золотника вниз (это произойдет при увеличении нагрузки на дизель, вследствие чего частота вращения его вала уменьшается, грузы под действием всережимной пружины 19 сойдутся к оси вращения, давая золотнику возможность переместиться вниз) открывается доступ масла из аккумулятора 26 в полость А, находящуюся справа от поршня 32 буфера. До этого правая А и левая Б полости буферного цилиндра были заполнены маслом и давление слева и справа на поршень 32 было одинаковым. Поршень буфера, зажатый между двумя пружинами, находился в среднем положении. При поступлении масла в полость А поршень 32 под действием избыточного давления перемещается влево, сжимая одну и разжимая другую пружины. Перемещаясь, поршень 32 вытесняет часть масла под поршень 1 серводвигателя, перемещая его вверх и увеличивая подачу топлива в цилиндры дизеля. Создавшийся перепад давлений масла на поршень 32 слева и справа передается в полости над пояском Д и под ним. Так как в полости А буфера давление больше, чем в полости Б, то давление масла на поясок Д снизу соответственно будет больше, чем сверху. Давление снизу будет возрастать до тех пор, пока

1 Слово «изодром» происходит от сочетания двух греческих слов- 1эоь - равный и г!готов - скорость (бег).

оно в добавление к подъемной силе расходящихся грузов (подача топлива увеличилась, частота вращения вала стала возрастать) не преодолеет усилие пружины 19 измерителя и не поднимет золотник 22 до перекрытия регулирующего окна в золотниковой втулке. Как только регулирующее окно закроется, поршень 1 серводвигателя остановится в положении увеличенной подачи топлива, необходимой для работы дизеля при повышенной нагрузке.

Таким образом, если проводить аналогию действия обратной связи в рассматриваемой конструкции регулятора (см. рис. 97) и регуляторе, представленном на рис. 98, можно заметить, что роль рычага АОВ, связывающего шток поршня серводвигателя 1 с золотником 6 играет гидравлическая связь полостей А н Б с полостями над и под пояском Д (см. рис. 97).

Продолжая описание работы регулятора частоты вращения, отметим, что после того, как поршень 1 серводвигателя остановится в положении увеличенной подачи топлива, поршень буфера 32 возвращается в среднее положение под действием своих пружин, так как давление масла в полостях А и Б выравнивается дросселирующей иглой 31. В данном случае игла 31 вместе с пружинами и поршнем 32 играет роль гибкой связи (изодрома).

При уменьшении нагрузки на дизель частота вращения его коленчатого вала увеличивается и грузы 20 измерителя расходятся, поднимая золотник 22 вверх. Золотник при этом своим пояском Е открывает регулирующее окно, соединяющее полость А буфера со сливом. По мере снижения давления в полости А поршень 32 перемещается вправо, а силовой поршень 1 перемещается под действием пружины 5 вниз, уменьшая подачу топлива в цилиндры дизеля. Между тем перепад давлений масла между полостями А и Б вызовет соответствующий перепад давлений в полостях над пояском Д и под ним. Более высокое давление масла на поясок Д сверху вызовет перемещение золотника вниз в тот момент, когда суммарнаное усилие от избыточного давления на поясок и от всережимной пружины превысит силу инерции расходящихся грузов. Как только золотник перекроет регулировочное окно, слив масла из полости А прекратится и силовой поршень 1 остановится в положении, соответствующем уменьшенной подаче топлива, необходимой для работы дизеля при уменьшенной нагрузке.

Поршень буфера 32 перемещается в среднее положение после выравнивания давлений в полостях А и Б через иглу 31. При больших изменениях нагрузки дизеля поршень буфера перемещается в крайнее положение, при этом полости А и Б, кроме иглы 31, сообщаются между собой непосредственно, что улучшает переходные процессы.

Регулятор мощности (нагрузки) дизеля состоит из золотникового устройства (измерительного органа), обратной связи и серводвигателя с индуктивным датчиком. Узлы регулирования нагрузки расположены в вехнем корпусе. Сбоку к корпусу прикреплен серводвигатель 4 с индуктивным датчиком 3. В отверстии верхнего корпуса со стороны серводвигателя 4 размещено золотниковое устройство регулятора нагрузки, состоящее из зо-тотника 1/, золотниковой втулки 12, фиксируемой пружинами 13 в среднем положении. Верхняя и нижняя полости золотникового устройства соедине

Рис. 99. Схема регулятора мощности:
36. Основы работы и устройства регуляторов

' пружина; 2 - силовой поршень; 3 - индуктивный датчик; 4 - коромысло; 5 - тяга; в - золотник; 7 - втулка золотника; 8 - дроссельная игланы каналами с масляной ванной регулятора (аккумулятором). Золотниковое устройство управляет подачей масла в серводвигатель нагрузки. В приливы корпуса ввернуты две иглы 8, уплотненные в корпусе резиновыми кольцами. Иглами регулируется скорость перемещения поршня серводвигателя нагрузки на увеличение и уменьшение возбуждения генератора.

Серводвигатель нагрузки 4 имеет корпус, внутри которого перемещается поршень со штоком, уплотненным сальником в крышке корпуса. На конце штока поршня есть поводок, в котором закреплен якорь индуктивного датчика, установленного на корпусе серводвигателя.

В верхнем корпусе находится также отключающее устройство для установки индуктивного датчика в положение минимального возбуждения генератора при боксовании тепловоза, а также при трогании с места. Оно состоит из электромагнита МР5, управляющего золотником 16, поршня, размещенного в корпусе 9, выключающего устройства и пружин. Поршень имеет некоторую свободу перемещения по золотнику 11.

На хвостовике золотника 11 закреплена тарелка, на которую опираются пружины, удерживаемые в корпусе 9 упорным кольцом. На конце хвостовика золотника навернута опора эксцентрика, с помощью которого регулируется положение золотника по высоте. Через эксцентрик золотник 11 подсоединен к рычажной системе регулятора. Точка подвески золотника к рычажной системе может изменяться с помощью регулировочного винта.

При включении электромагнита золотник 16 перемещается вниз, открывая доступ масла из аккумуляторов под поршень золотника 1/. Поршень, перемещаясь вверх, упирается в тарелку на золотнике и передвигает его вверх, сжимая пружину. Тем самым якорь индуктивного датчика устанавливается в положение минимального возбуждения (якорь вдвинут в катушку).

Поясним взаимодействие узлов регулятора мощности при различныхрежимах работы дизеля, воспользовавшись схемой (рис. 99). Чтобы не отрываться от рассматриваемой принципиальной схемы регулятора (см. рис. 97), будем при указании позиций элементов на схеме рис. 98 приводить в скобках соответствующие обозначения элементов на принципиальной схеме (см. рис. 97). В соответствии со схемой, приведенной на рис. 99, золотник 6 (11) имеет два диска, которые управляют перекрытием крайних окон во втулке 7 (12). Окна втулки сообщаются каналами с полостями цилиндра серводвигателя нагрузки по обеим сторонам силового поршня 2 (4, полости Г и В). К среднему окну во втулке 7 (12) ив полость между дисками золотника 6 (11) масло поступает от шестеренного насоса регулятора. Концевые полости корпуса золотникового устройства сообщаются с масляной ванной регулятора через дроссельные иглы 8 (8), которые вместе с пружинами 1 (13) выполняют роль обратной связи. Шток золотника соединен тягой 5 с коромыслом 4 (10), один конец которого соединен со штоком (7) серводвигателя регулятора частоты вращения, а другой - со штоком поршня, осуществляющего настройку (затяжку) всережимной пружины регулятора. Таким образом, один конец коромысла получает сигнал Ау, а другой сигнал АН.

При установившемся режиме золотник 6 (11) своими дисками перекрывает окна во втулке золотника. Концы коромысла 4 (10) неподвижны, и их положение определяет соответствие между настройкой регулятора, частотой вращения вала двигателя и подачей топлива, т. е. нагрузкой двигателя. Золотник 6 (11) вступает в работу в случае появления на концах коромысла сигналов Ау или АН.

При уменьшении нагрузки на дизель, например при отключении вентиляторов охлаждающего устройства, регулятор частоты вращения снижает подачу топлива, появляется сигнал Ау, который вызывает перемещение соответствующего конца коромысла вниз. Золотник 6 (11), двигаясь вниз, откроет нижнее окно в золотниковойвтулке, и масло под давлением поступит под поршень 2 (в полость В на рис. 97). Перемещаясь, шток поршня 2 своим поводком передвигает якорь индуктивного датчика в сторону увеличения возбуждения генератора. Тем временем масло из полости под поршнем (полость Г) серводвигателя будет поступать в верхнюю полость золотникового устройства и через верхний игольчатый клапан (5) частично сливаться в масляную ванну. Образовавшееся давление масла в полости над золотниковой втулкой (12) заставляет ее перемещаться вниз, сжимая нижнюю пружину 1 и закрывая перепускное окно, через которое масло поступало в полость под поршнем серводвигателя нагрузки. Степень открытия игольчатого клапана определяет скорость перемещения поршня серводвигателя. Вследствие увеличения нагрузки на дизель регулятор частоты вращения увеличит подачу топлива до уровня, предшествовавшего началу изменения нагрузки, а золотник 6 и втулка 7 золотника возвратятся в среднее положение. В конце процесса регулирования нагрузка дизеля восстановится до прежнего уровня за счет увеличения мощности генератора, при этом силовой поршень 2 будет занимать новое положение. При увеличении нагрузки действие элементов регулятора мощности будет противоположно описанному.

Увеличение затяжки всережимной пружины измерителя (увеличение частоты вращения) вызывает такое же действие регулятора мощности, как и уменьшение нагрузки на дизель, и наоборот. Это происходит потому, что при увеличении затяжки пружины измерителя опускается поршень 1 серводвигателя 6 (см. рис. 97), что вызывает движение золотника нагрузки вниз. В дальнейшем процессы, происходящие в регуляторе, аналогичны вышеописанным.

Так как в установившемся режиме золотник И своими дисками находится в положении перекрыши отверстий золотниковой втулки, то каждому положению правого конца коромысла (заданию частоты вращения И) будет соответствовать определенное положение левого конца коромысла (подача топлива). Таким образом, каждому скоростному режиму дизеля будет соответствовать определенная мощность, зависящая от выбора точки подвеса золотника 1/. При смещении точки подвеса золотника по коромыслу в сторону серводвигателя 6 мощности увеличиваются, а при смещении в сторону пружин измерителя - уменьшаются. От выбора точки подвеса золотника зависит экономичность работы дизеля.

Электрогидравлическое управление частотой вращения состоит из: электромагнитов MPI, МР2, МРЗ, МР4, включающихся контроллером машиниста в определенной последовательности и изменяющих положение золотника управления; золотникового устройства (золотника 29, золотниковой втулки 28), управляющего подачей масла под давлением в серводвигатель управления 14; гидравлического серводвигателя управления 14 с упором 33, которым устанавливается минимальная частота вращения; жесткой обратной связи, состоящей из последовательно соединенных тяг и рычагов 34, 35 и 17.

Электромагниты MPI, МР2, МРЗ действуют на вершины треугольной пластины 30, которая посредством пружины, устанавливаемой под пластиной, удерживается в контакте с толкателями этих электромагнитов. При включении или выключении одного или нескольких электромагнитов треугольная пластина 30 смещается в ту или другую сторону, воздействуя на рычаг 35 и приводя в движение золотник 29, управляющий подачей масла под давлением в цилиндр серводвигателя управления 14. Включением трех электромагнитов в определенной последовательности достигается семь различных ступеней частоты вращения коленчатого вала дизеля.

Действие электромагнита МР4 противоположно MPI, МР2 и МРЗ. При включении электромагнита МР4 золотниковая втулка 28 движется вниз, открывая регулирующее отверстие на слив, что приводит к распус канию всережимной пружины регулятора и снижению частоты вращения коленчатого вала дизеля. Перемещение штока 15 поршня серводвигателя вверх благодаря обратной связи через тягу и рычаги 17, 34 и 35 вызовет перемещение золотника 29 вниз и перекрытие регулирующего отверстия в золотниковой втулке. Как только это отверстие будет перекрыто, поршень серводвигателя остановится и зафиксирует степень затяжки всережимной пружины. При включении электромагнита МР4 золотниковая втулка 28 движется вверх под действием усилия пружины, открывая подвод масла в цилиндр серводвигателя управления 14. Поршень, перемещаясь вниз, увеличивает затяжку всережимной пружины. Использование электромагнита МР4 в комбинации с тремя электромагнитами MPI, МР2, МРЗ удваивает число ступеней затяжки пружины. Ход якорей электромагнитов регулируется пробками, установленными в их верхней части. Провода к электромагнитам подсоединяют через штепсельный разъем.

Золотниковая часть управления размещена в приливе верхнего корпуса. Нижняя часть золотниковой втулки соединена с шестерней, приводимой во вращение шестерней 21 измерителя скорости. Золотник и золотниковая втулка снизу подпираются пружинами. Пружина золотника обеспечивает контакт рычага 35 с треугольной пластиной, а пружина золотниковой втулки через нее удерживает якорь электромагнита МР4 в верхнем положении (при обесточенном состоянии).

Для возможности ручного управления частотой вращения дизеля предусмотрен специальный винт, установленный в колпаке регулятора. Для перехода на ручное управление необходимо снять с регулятора фишку штепсельного разъема, вывернуть винт из колпака и пробку, навернуть через отверстие в колпаке винт на хвостовик шпильки. При навертывании винта на шпильку шток с поршнем 15 перемещается вниз, увеличивая затяжку всережимной пружины регулятора.

Стоп-устройство дизеля предназначено как для автоматической (в случае падения давления масла в его системе смазки ниже допустимой величины), так и для дистанционной остановки дизеля. Стоп-устройство состоит из корпуса 2, прикрепленного к серводвигателю регулятора частоты вращения, золотниковой втулки с золотником и толкателем золотника и тягового электромагнита ЭТ-54Б.

При замыкании цепи электромагнита толкатель перемещает вниз золотник, который перекрывает выход масла из рабочей полости серводвигателя регулятора. При размыкании цепи электромагнита золотник поД действием давления масла поднимается, открывая выход масла из-под поршня в масляную ванну регулятора. Шток серводвигателя опускается и выключает подачу топлива.

⇐ | Форсунки | | Тепловозы: Механическое оборудование: Устройство и ремонт | | Система управления дизелем 10Д100 | ⇒