Объединенный регулятор дизеля 4-7РС-2

 

Объединенный регулятор всережимный центробежный гидромеханического типа с автономной масляной системой служит для:

- поддержания постоянной частоты вращения коленчатого вала на заданной позиции

контроллера машиниста;

- ступенчатого регулирования частоты вращения и мощности дизеля в соответствии с

изменением позиций контроллера машиниста;

- обеспечения использования полной мощности дизеля;

- дистанционной остановки дизеля с пульта управления или при срабатывании защит;

- вывода якоря индуктивного датчика в положение минимального возбуждения тягового

генератора при трогании и боксовании;

- ограничения подачи топлива в зависимости от давления наддува;

- защиты дизеля от падения давления масла.

В нижнем корпусе регулятора размещен масляный насос. В среднем корпусе размещены золотниковая часть с измерителем частоты вращения, аккумуляторы масла, силовой и дополнительный сервомоторы, рычажная передача обратной связи и механизм изменения длительности набора позиций. В верхнем корпусе размещены механизмы управления частотой вращения, регулирования нагрузки дизеля, вывода индуктивного датчика в положение минимального возбуждения тягового генератора и стопа, ограничения подачи топлива в зависимости от давления наддува, защиты дизеля от падения давления масла.

Измеритель частоты вращения приводится во вращение посредством шестеренной передачи и вращается в шейке буксы, установленной неподвижно.

При установившемся режиме работы дизель-генератора центробежная сила грузов измерителя частоты вращения уравновешивается силой затяжки всережимной пружины. Золотник своими поясками перекрывает окна в подвижной и неподвижной втулках. Полость Б силового сервомотора и полость И дополнительного сервомотора перекрыты, и их поршни остаются неподвижными. Подача топлива в цилиндры дизеля не изменяется.

При изменении затяжки всережимной пружины или частоты вращения коленчатого вала дизеля грузы сходятся или расходятся, вызывая перемещение золотника. При перемещении золотника вниз, что происходит при уменьшении частоты вращения или увеличении затяжки всережимной пружины, поясок золотника открывает окно в подвижной втулке. Масло из полости Б под поршнем силового сервомотора сливается, и поршень перемещается вниз. Это приводит к увеличению подачи топлива. Рычажной передачей подвижная втулка перемещается вниз до перекрытия окна пояском золотника. Второй управляющий поясок золотника, ширина которого больше, чем окно в неподвижной втулке, с некоторым запозданием открывает проход маслу из аккумулятора в полость И под поршнем дополнительного сервомотора, который перемещается вверх. При этом рычажная передача перемещает вверх подвижную втулку.

 

 

Рис. 41 Объединенный регулятор 4-7РС-2 (продольный разрез):

1 – поршень аккумулятора; 2 – клапан масляного насоса; 3 – букса; 4 – поводок; 5 – золотник измерителя скорости; 6, 17, 39, 58 – пружины; 7 – подвижная втулка; 8, 10, 21, 61, 66 – рычаги; 9 – корыто; 11, 63 – оси;

12, 24 – кронштейны; 13, 53, 56 – уплотнительные кольца; 14 – заглушка; 15 – буферный поршень;

16 – дроссель; 18 – дополнительный поршень; 19 – шток; 20, 26, 31, 33 – планки; 22, 27, 34, 59 – тяги;

23 – винт; 25, 28 – траверсы; 29 – тарелка; 30 – кулачок; 32 – регулировочный винт; 35 – гидроусилитель;

36 – маслозаливная горловина; 37, 46 – крышки; 38 – уплотнительная шайба; 40, 41 – шестерни;

42 – стопорное кольцо; 43, 65 – болты; 44 – нижний корпус; 45, 50 – валики с шестернями; 47 – шлицевая втулка; 48 – манжета; 49 – втулка; 51 – пробка отверстия для слива масла; 52 – измеритель скорости;

54 – всережимная пружина; 55 – плита; 57 – гайка; 60 – силовой поршень; 62 – поршень управления частотой вращения; 64 – палец; 67 – силовой вал; Д – установочный размер подвижной втулки; Ж – размер для согласования положения поршней; И – канал для слива масла из аккумулятора; К – канал для слива масла привода регулятора; Л – торцовый зазор

 

Рис. 42 Схема объединенного регулятора:

1 – масляная ванна регулятора; 2 – рычажная передача; 3 – вал; 4 – игла; 5 – поршень сервомотора индуктивного датчика; 6 – индуктивный датчик; 7 – рычажная передача к золотнику регулирования нагрузки;

8 – шток; 9 – суммирующий рычаг; 10 – втулка регулирования нагрузки; 11 – золотник регулирования нагрузки; 12 – толкатель; 13, 17 – регулировочные болты; 14 – кулачок; 15 – золотник регулятора скорости; 16 – болт регулирования стопа; 18 – траверса; 19 – пробка; 20, 29, 32 – рычаги; 21 – стакан; 22 – пружина обратной связи блока защиты; 23 – микропереключатель; 24 – тарелка; 25 – мембранный блок; 26 – золотниковая втулка;

27 – золотник блока защиты; 28 – ролик; 30 – золотник управления частотой вращения; 31 – втулка управления частотой вращения; 33 – регулировочный винт; 34 – тяга; 35 – винт регулирования наклона тепловозной характеристики; 36 – золотник; 37 – золотник выключения; 38 – аккумулятор масла; 39 – масляный насос;

40 – механизм изменения длительности набора частоты вращения; 41 – клапан; 42 – измеритель скорости;

43 – букса; 44 – сектор согласования положения поршней; 45 – подвижная втулка; 46 – всережимная пружина;

47 – поршень управления частотой вращения; 48 – пружина; А – зазор между винтом и рычагом регулятора мощности; Б – полость под поршнем силового сервомотора; В – зазор на выключение; Д – размер от края суммирующего рычага до точки Г; Е – канал изодромной обратной связи; Ж – изодромная полость золотника регулирования нагрузки; И – полость под поршнем дополнительного сервомотора; К – размер, определяющий наклон ограничительной характеристики по давлению наддува; Л – канал для подвода масла к золотнику;

М – канал для слива масла из аккумулятора; Н – изодромная полость сервомотора; О – зазор механизма выключения регулятора по падению давления масла; П, Р – перекрыши; С – величина выступания штока;

Т – величина выступания регулировочного винта

 

Увеличение подачи топлива, вызванное перемещением вниз поршня силового сервомотора, вызывает повышение частоты вращения коленчатого вала. Грузы измерителя частоты вращения расходятся, возвращая золотник в исходное положение. Возвращение золотника и перемещение подвижной втулки происходят одновременно с одинаковой скоростью. Поэтому окно во втулке остается перекрытым пояском золотника, и поршень силового сервомотора неподвижен. В исходное положение золотник и втулка будут идти до тех пор, пока второй поясок золотника не перекроет доступ масла в полость И под поршнем дополнительного сервомотора и поршень не остановится.

При движении золотника вверх, что происходит при увеличении частоты вращения коленчатого вала или уменьшении затяжки всережимной пружины, поясок золотника открывает окно в подвижной втулке. Масло из аккумулятора поступает в полость Б, и поршень силового сервомотора перемещается вверх, что приводит к уменьшению подачи топлива. В остальном действие регулятора аналогично действию при уменьшении частоты вращения или увеличении затяжки всережимной пружины.

Частота вращения коленчатого вала изменяется механизмом управления. При переключении контроллера включается один или комбинация электромагнитов. Электромагниты МР1, МР2, МР3 через треугольную пластину воздействуют на золотник, а МР4 – на втулку. При смещении золотника относительно втулки в последней открывается окно, через которое в зависимости от направления смещения происходит подвод масла в полость над поршнем сервомотора управления или слив масла из этой полости. При этом поршень сервомотора перемещается, изменяя затяжку всережимной пружины. Перемещение поршня через траверсу на штоке и систему рычагов передается на золотник, который своим пояском перекрывает окно втулки, и поршень останавливается в новом положении. При перемещении поршня на затяжку всережимной пружины и, следовательно, на увеличение частоты вращения коленчатого вала давление масла под поршнем становится больше, чем в аккумуляторе, и клапан, сообщающий их, закрывается.

 

Позиции контролера	Частота вращения, об/мин	Включение электромагнитов	Позиции контролера	Частота вращения, об/мин	Включение электромагнитов
МР1	МР2	МР3	МР4	МР1	МР2	МР3	МР4
0 и 1	350±20	-	-	-	-		720±20	+	-	-	-
	395±20	-	-	+	+		770±20	+	-	+	+
	445±20	-	-	+	-		815±20	+	-	+	-
	490±20	-	+	-	+		860±20	+	+	-	+
	535±20	-	+	-	-		910±20	+	+	-	-
	580±20	-	+	+	+		955±20	+	+	+	+
	630±20	-	+	+	-		1000±20	+	+	+	-
	675±20	+	-	-	+

 

Механизм регулирования нагрузки состоит из золотниковой части и блока сервомотор – индуктивный датчик. Регулирование сводится к поддержанию постоянными вращающего момента и частоты вращения дизеля. Смещение золотника 11, управляющего положением поршня 5 сервомотора индуктивного датчика 6, происходит как при изменении заданной частоты вращения, так и при изменении вращающего момента. При изменении частоты вращения золотник 11 смещается под действием рычага 29, опирающегося роликом 28 на траверсу поршня 47 сервомотора управления, а также тяги и рычажной передачи 7.

При установившемся движении тепловоза поршень 47 и вал 3 силового сервомотора неподвижны. Как только тепловоз начинает движение на подъем, ток тяговых двигателей и соответственно тягового генератора увеличивается. В результате повышается электрическая мощность тягового генератора, частота вращения коленчатого вала дизеля уменьшается, и регулятор начинает работать, как в случае увеличения затяжки всережимной пружины, увеличивая подачу топлива. При этом вал 3 силового сервомотора перемещает золотник 11 вниз. Поясок золотника открывает окно во втулке 10 и сообщает полость над поршнем 5 сервомотора индуктивного датчика со сливом. Поршень 5 перемещается вверх и вдвигает сердечник в катушку индуктивного датчика. Сопротивление катушки увеличивается, в электрическую систему тепловоза поступает соответствующий сигнал, и ток возбуждения тягового генератора уменьшается. Поршень 5 создает в полости Н, канале Е и полости Ж разрежение, под действием которого втулка 10 смещается вслед за золотником и догоняет своим окном его поясок. В результате окно оказывается перекрытым, и поршень 5 останавливается. В полости Н благодаря сообщению ее с масляной ванной через отверстие с иглой 4 разрежение уменьшается, и втулка 10 под действием пружины 48 перемещается вверх. Так как сигнал от индуктивного датчика изменил напряжение тягового генератора и уменьшил его мощность, то в силу наличия избыточного вращающего момента на валу двигателя увеличивается его частота вращения, и регулятор начинает уменьшать подачу топлива. Вал силового сервомотора перемещает золотник 11 вверх. Золотник 11 и втулка 10 движутся вверх одновременно. Вал силового сервомотора, золотник и втулка возвращаются в свое исходное положение. Мощность тягового генератора становится равной своему первоначальному значению. Так как ток тяговых двигателей увеличивается, а напряжение уменьшается, то у тепловоза повышается сила тяги и снижается скорость движения.

Для сокращения времени регулирования служит отсечной механизм, состоящий из пояска на втулке 10 и окон в буксе. При смещении втулки 10 вниз вследствие малой перекрыши Р между пояском и кромкой буксы поясок быстро открывает проход маслу по каналу из ванны регулятора в полость Ж и далее в полость Н, что ускоряет перемещение вверх поршня 5. разгрузка дизеля происходит быстро.

При движении тепловоза под уклон ток тяговых электродвигателей уменьшается, и вал силового сервомотора поворачивается в сторону уменьшения подачи топлива. Поршень 5 выдвигает сердечник индуктивного датчика. Сопротивление катушки уменьшается, и в электрическую систему тепловоза поступает сигнал, приводящий к увеличению тока возбуждения тягового генератора. Напряжение тяговых электродвигателей увеличивается, сила тяги тепловоза уменьшается, скорость возрастает. Перекрыша П, т.е. расстояние от нижней кромки втулки 10 до отверстия слива масла в ванну регулятора, значительно больше перекрыши Р. Поэтому при перемещении поршня 5 вниз, приводящем к увеличению возбуждения, проход маслу (теперь уже наоборот из полости Н в полость Ж и далее в ванну) открывается позже, чем при движении поршня 5 вверх. Время переходного процесса регулирования при этом возрастает.

Механизм регулирования нагрузки имеет устройство для регулирования формы тепловозной характеристики. Толкателем 12 регулируется уровень мощности на номинальной позиции контроллера, а винтом 35 регулируется наклон тепловозной характеристики.

Механизм вывода индуктивного датчика в положение минимального возбуждения состоит из электромагнита МР5 и золотника 36. При затяжном боксовании электромагнит МР5 получает питание и перемещает золотник 36 вниз. Верхний рабочий поясок золотника перекрывает подачу масла из аккумулятора и соединяет канал Л с ванной регулятора. Масло из полости над поршнем 5 сервомотора индуктивного датчика сливается и поршень вдвигает сердечник в катушку. Дизель разгружается, и боксование прекращается.

Механизм стопа состоит из электромагнита МР6 и золотника выключения 37. При снятии питания с электромагнита шток с шариками перемещается вверх. Нижний шарик перекрывает подачу масла из аккумулятора к золотнику 30 управления частотой вращения и соединяет полость над поршнем 47 с масляной ванной. Поршень перемещается вверх, выбирает зазор В до тарелки 24 и поднимает золотник 15. Масло из аккумулятора поступает в полость Б под поршнем силового сервомотора. Поршень перемещается вверх, выключает подачу топлива, и дизель останавливается.

Механизм защиты дизеля от падения давления масла обеспечивает:

- блокировку пуска дизеля при давлении масла после маслопрокачивающего насоса менее

0,3 кг/см² и до истечения времени предпусковой прокачки масла (60 с);

- сигнализацию о падении давления масла ниже установки, величина которой автоматически

меняется в зависимости от заданной частоты вращения;

- снижение частоты вращения в случае падения давления масла ниже допустимого до такой

частоты вращения, при которой вновь установившееся давление равно предельно

допустимому;

- остановку дизеля в случае резкого падения давления масла ниже установки защиты на

минимальной частоте вращения.

При уменьшении давления масла ниже установки защиты мембранный блок 25 и золотник 27 под действием пружины обратной связи 22 смещаются вправо, сообщая верхнюю полость поршня 47 со сливом. Поршень начинает двигаться вверх, перемещая вместе с собой кулачок обратной связи 14, по которому катается ролик рычага 20. При перемещении кулачка 14 вверх рычаг 20 поворачивается против часовой стрелки и, передвигая с помощью болта 17 стакан 21 влево, уменьшает усилие пружины обратной связи. Новый установившийся режим наступит, когда усилие пружины обратной связи и усилие от давления масла в мембранном блоке Р_мл уравновесят усилие от давления масла аккумулятора Р_ак на золотник 27, и он займет среднее положение. При уменьшении давления Р_мл ниже порогового значения рычаг 20 при движении наталкивается на упор. При этом происходит разрыв обратной связи механизма защиты, поршень 47 беспрепятственно перемещается вверх и, выбрав зазор В, останавливает дизель.

Для сигнализации о падении давления масла ниже допустимого предела установлен микропереключатель 23, который упирается своим контактом в упор мембранного блока. Для регулировки положения микропереключателя относительно мембранного блока служит пробка 19. При падении давления масла дизеля ниже Р_мл допустимого упор мембранного блока отходит вправо, что приводит к замыканию контактов микропереключателя. При этом на пульте управления в кабине загорается табло «Давление масла».

Механизм ограничения по давлению наддува предназначен для ограничения подачи топлива и выдвижения в сторону увеличения мощности сердечника индуктивного датчика в зависимости от давления наддувочного воздуха. Механизм вступает в работу и воздействует на регулятор частоты вращения в переходных режимах – при пуске дизеля и резких переводах контроллера с низких позиций на высокие, а также на установившихся режимах, выполняя функцию защиты, если давление наддувочного воздуха по какой-либо причине упадет ниже допустимого предела. Механизм ограничения состоит из гидроусилителя (ГУ) ( рис. 43), который служит для пропорционального преобразования давления наддувочного воздуха в поступательное перемещение поршня 11 и рычажной передачи.

Рис. 43 Гидроусилитель регулятора:

1 – винт; 2 – серьга; 3 – шток; 4 – тарелка; 5 – уравновешивающая пружина; 6 – золотник; 7 – втулка;

8 – мембранный блок; 9 – упор; 10, 12 – пружины обратной связи; 11 – поршень; 13 – гайка; А - полость

 

В установившемся режиме поршень 11 гидроусилителя находится в равновесии под действием пружин обратной связи 10 и 12 и давления масла в управляющей полости А.

Мембранный блок 8 и золотник 6 также находятся в среднем положении под действием пружин обратной связи 10 и 12, уравновешивающей пружины 5, давления масла Р_ак на золотник 6 и усилия от давления наддувочного воздуха Р_к в мембранном блоке 8. При увеличении давления наддувочного воздуха Р_к мембранный блок и золотник смещаются вправо. Это вызывает снижение давления в полости А и перемещение поршня 11 со штоком 3 влево. Новый установившийся режим наступит, когда прирост силы давления наддувочного воздуха будет полностью компенсирован уменьшением силы от пружин обратной связи. При уменьшении давления наддувочного воздуха элементы гидроусилителя перемещаются в противоположном направлении и при Р_к = 0 поршень 11 занимает крайнее правое положение.

При увеличении давления наддувочного воздуха Р_к до порогового поршень 11 сместится в положение, при котором тарелка 4 сядет на упор 9 штока 3, и пружина обратной связи 12 выключится из работы. Жесткость пружины обратной связи 10 значительно больше суммарной жесткости пружин 5 и 12, поэтому дальнейшее повышение давления наддувочного воздуха Р_к будет сопровождаться малым перемещением поршня 11. В момент касания тарелкой 4 упора 9 произойдет излом статической характеристики гидроусилителя.

Рычажная передача предназначена для воздействия по сигналу от гидроусилителя на золотник регулятора частоты вращения, ограничения уровня задания на механизм регулирования нагрузки и осуществления обратной связи по положению силового поршня регулятора. Она состоит из тяги 34 (рис.42), рычагов 32 и 9, штока 8, системы рычагов от вала 3 к штоку 8 и регулировочного винта 33. При установившемся режиме механизм ограничения не воздействует на регулятор из-за наличия зазора В между тарелкой золотника регулятора частоты вращения и рычагом 9 и зазора А между винтом 33 и рычагом 29 регулятора нагрузки. При резком переводе контроллера на высокие позиции поршень 47 быстро движется вниз на затяжку всережимной пружины. Уровень мощности задается рычагом 29. При этом левый конец рычага 29 отрывается от поршня 47. По мере роста давления наддува рычаг 32 под действием гидроусилителя поворачивается, давая возможность поворачиваться рычагу 29. Ограничение снимется, когда левый конец рычага 29 соприкоснется с поршнем 47, а дальнейший поворот рычага 32 вызовет появление зазора А.

Ограничение подачи топлива осуществляется с помощью золотника 15 регулятора частоты вращения. При затяжке всережимной пружины золотник 15 смещается вниз, соединяя управляющую полость Б силового сервомотора со сливом. Силовой поршень двигается вниз в сторону увеличения подачи топлива. Движение силового поршня через вал3 и систему рычагов передается рычагу 9, который, выбирая зазор В, возвращает золотник 15 в среднее положение. В среднем положении золотник 15 перекрывает управляющую полость силового поршня и останавливает его. Таким образом, положение силового поршня будет определяться положением правого конца рычага 9, т.е. давлением наддува. Ограничение подачи топлива в зависимости от давления наддува позволяет снизить дымность дизеля при работе на переходных режимах, Уменьшить эксплуатационный расход топлива, повысить срок службы масла.