Принцип работы центробежного регулятора прямого действия

Регулятор называется центробежным потому, что его действие основано на изменении центробежных сил, возникающих при разных значениях частоты вращения его грузов. Как известно, центробежная сила возникает при вращении любого тела (груза). В регуляторе таким вращающимся телом является траверса (диск). Диск (рис. 85) приводится во вращение через зубчатую передачу от коленчатого вала дизеля.

Рис. 85. Схема простейшего центробежного регулятора

К краям диска шарнирно прикреплены два рычага с одинаковыми грузами, по одному на каждом рычаге. Грузы вращаются вместе с диском регулятора вокруг вертикальной оси и шарнирно связаны со скользящей муфтой, которая может свободно перемещаться вверх или вниз. Весь этот узел называется измерителем частоты вращения коленчатого вала дизеля. Это исходный основной орган регулятора.
Возникает вопрос: каково назначение пружины? Пружина регулятора имеет определенную затяжку (силу предварительного сжатия). Эта сила пружины соответствует заданной частоте вращения, т. е. уравновешивается вертикальной составляющей от центробежной силы грузов. Сила затяжки (настройки) пружины задается машинистом в зависимости от профиля пути, необходимой скорости движения поезда и других причин. Если машинисту необходимо увеличить (или уменьшить) частоту вращения вала дизеля, специальный механизм сильнее (или слабее) затянет пружину. О том, как на тепловозах 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, ТЭП60, ТЭП70, 2ТЭ116 и др. по сигналу машиниста изменяется затяжка пружины, мы узнаем на с. 130. Когда подача топлива в цилиндры соответствует нагрузке дизеля, его коленчатый вал вращается с некоторой постоянной частотой и вся система регулятора находится в равновесии. Рассмотрим, что произойдет, если нагрузка на дизель изменится, например уменьшится. В этом случае частота вращения вала дизеля при той же подаче топлива увеличится, соответственно увеличится и частота вращения диска регулятора, а следовательно, и связанных с ним двух грузов. Грузы регулятора под влиянием центробежных сил расходятся и, преодолевая усилие пружины, поднимаются вверх, увлекая за собой муфту. Положение муфты изменяется всякий раз, когда изменяется частота вращения коленчатого вала дизеля. Иными словами, разной частоте вращения соответствует разное положение муфты регулятора. Именно при переходе муфты в новое положение регулятор выполняет свое назначение, т. е. создает силу, необходимую для перемещения реек топливных насосов. В самом деле, при уменьшении нагрузки на дизель и перемещении муфты рычаг АОВ будет воздействовать на рейки топливных насосов, вызывая поворот плунжера в сторону уменьшения подачи топлива в цилиндры дизеля: частота вращения коленчатого вала начнет уменьшаться. Это будет происходить до тех пор, пока центробежная сила грузов не уравновесится силой пружины регулятора. Благодаря такому устройству регулятора частота вращения вала дизеля при уменьшении нагрузки устанавливается всегда примерно постоянной. Наоборот, при увеличении нагрузки частота вращения коленчатого вала дизеля уменьшится, грузы регулятора сблизятся, муфта несколько опустится и рычаг АОВ, переставляя рейки топливных насосов, заставит их увеличивать подачу топлива в цилиндры до тех пор, пока снова не восстановится нарушенное равновесие.
Такой простой по устройству регулятор называется центробежным регулятором прямого действия, так как он прямо (непосредственно) воздействует на рейки топливных насосов, т, е. его рычаг жестко связан с рейкой. Основной недостаток такого регулятора состоит в том, что для мощных дизелей (в 736 кВт и более) требуется большое усилие для перемещения (перестановки) реек топливных насосов. Большая сила необходима из-за того, что масса деталей, которые нужно перемещать в процессе регулирования, достигает нескольких килограммов. Кроме того, в местах сочленения рычагов, соединяющих регулятор с топливными насосами, возникают силы сопротивления от трения деталей. Поэтому приходится создавать большую центробежную силу, а для этого необходимо значительно увеличивать размеры грузов. Это делает регулятор громоздким, уменьшает его чувствительность и, как следствие, ухудшает процесс регулирования. Такие регуляторы на тепловозах не применяются.
Чтобы избежать увеличения размеров регулятора, приходится усложнять его конструкцию.