На тепловозах с дизелями типа Д49 применялась традиционная для отечественных тепловозов система защиты от падения давления масла, принцип действия которой состоит в том, что в случае снижения давления масла ниже некоторого определенного значения - примерно 0,294 МПа при работе на 12-й позиции контроллера и выше происходит сброс нагрузки с генератора, а при падении давления масла ниже другого фиксированного значения 0,068500 МПа при работе на всех позициях контроллера происходит аварийная остановка дизеля. В дальнейшем для дизелей типа Д49 эта система была дополнена предупредительным сигналом, срабатывающим в случае падения давления масла на всех позициях контроллера ниже 0,088200 МПа.
Графики протекания минимально возможного при исправной масляной системе давления масла на дизель (линия КЛ) и линии срабатывания сброса нагрузки ГД, сигнализации ЕИ и защиты АВ представлены на рис. 90. Угол ЕЖГ образует опасную «мертвую» зону, поскольку в ней расположены наиболее часто используемые позиции контроллера и при работе на них даже с недопустимо низким давлением масла до 0,088200 МПа не будут срабатывать ни сигнализация, ни защита.
Попытка исправить этот дефект за счет применения многоступенчатой схемы с установкой дополнительного реле давления привела к чрезмерному усложнению электрической схемы, не обеспечив эффективность защиты дизеля.
Была создана принципиально новая система с автоматически перенастраивающимися по частоте вала дизеля установками сигнализации и защиты. Оптимальные характери-
Рис. 90. Характеристика различных систем сигнализации и защиты дизеля по падению давления масла
стики предупредительного сигнала ЕС и защиты АТ для такой системы как бы огибают ранее принятые точки многоступенчатой схемы. Если раньше при снижении давления масла ниже уставки происходил сброс нагрузки или остановка, то теперь защита должна была снизить частоту вращения вала дизеля до значения, при котором давление масла окажется равным допустимому для данного режима значению и лишь в случае снижения частоты до минимальной и дальнейшего падения давления масла она должна была остановить дизель. Если при старой схеме секция тепловоза, на которой произошел дефект, полностью отключалась, что могло привести к остановке поезда, то при новой схеме эта секция сохраняет пониженную силу тяги, причем дизель работает на безопасном для него режиме по давлению масла. Новый принцип защиты предусматривает переход на гидравлическую схему и изъятие устройств защиты из общей электрической схемы управления тепловозом. Это позволяет, с одной стороны, упростить схему тепловоза, а с другой, сделать систему защиты полностью независимой от этой схемы. Такое разделение весьма полезно, поскольку повышает надежность как системы управления тепловозом, так и защиты дизеля.
Была создана и со второго полугодия 1978 г. внедрена на дизель-генераторах 1А-9ДГ, а затем и на других аналогичных двигателях новая модификация регулятора типов 7РС, 4-7РС2, реализующая рассмотренную систему сигнализации и защиты по давлению масла. В этом регуляторе имеется также и система ограничения по давлению наддува. Внешний вид регулятора показан на рис. 91. На нем хорошо видно размещение блока ограничения по давлению наддува 2 со штуцером 3 для подвода воздуха и нового блока 1 сигнализации и защиты по давлению масла со штуцером 4 для подвода масла из маслосистемы дизеля.
Рис. 91. Объединенный регулятор частоты и мощности 4-7РС2
Конструктивная схема регулятора с обеими системами приведена на рис. 92. По сравнению со схемой предыдущей модификации (см. рис. 87) в ней появился новый узел - блок защиты БЗ и изменилась конструкция траверсы на поршне 17 управления частотой - введен профильный кулачок 3, с которым взаимодействует ролик рычага 7 блока защиты и винт 5, регулирующий положение этого кулачка. Изменилась линия подвода масла к механизму управления частотой: в нее между золотником 16 выключения и золотником 15 механизма управления частотой включен золотник 14 блока защиты. Остальные узлы обоих регуляторов идентичны и принцип их действия остался неизменным. Как видно из рис. 92, блок защиты представляет собой мембранно-пружинный блок сравнения. Его исполнительный механизм выполнен в виде золотника 14 во втулке 13, который давлением масла на правый торец прижимается к мембранному блоку 12. Давление масла из контролируемой точки подается в полость подвижного мембранного блока 12 и сравнивается с усилием пружины 9 обратной связи, которое изменяется через стакан 8 рычагом 7 в зависимости от положения кулачка 3. Против левого торца мембранного блока 12 упруго установлен микровыключатель 10 предупредительной сигнализации, положение которого регулируется пробкой 6.
Блок защиты работает следующим образом. Если давление масла достаточно для данного скоростного режима дизеля, то мембранный блок 12 преодолевает усилие пружины 9 обратной связи, смещается влево и нажимает кнопку микровыключателя 10, размыкая его контакт. Золотник 14 под давлением масла на правый торец перемещается за мембранным блоком и открывает свободный проход масла под давлением от золотника 16 выключения к золотнику 15 механизма управления частотой. В этом положении блок защиты выключен из работы, и механизмы регулятора работают обычным образом, как описано выше. Усилие пружины 9 определяется, как уже упоминалось, положением ролика на профиле кулачка 3. Чем выше заданная частота вращения вала дизеля, тем ниже сдвинут поршень 17 управления частотой и тем больше поджата пружина рычагом 7. Следовательно, минимальное давление масла, при котором мембранный блок начнет сдвигаться в среднее положение, т. е. уставка защиты, также возрастет с ростом заданной частоты вращения вала дизеля. Закон изменения этой уставки по частоте определяется формой профиля кулачка 3 и может быть выбран оптимальным для безаварийной работы дизеля. Крутизна характеристики уставки по частоте может регулироваться винтом 2, меняющим наклон кулачка: чем больше кулачок наклонен влево, тем больше возрастает уставка с повышением заданной частоты вращения. Общий уровень уставки может также регулироваться винтом 5: чем больше он ввернут вправо, тем выше будет уставка на одной и той же частоте вращения.
Ряс. 92. Схема объединенного регулятора частоты и мощности 4-7РС2
В случае падения давления масла до уставки защиты на данной частоте вращения блок защиты вступает в работу следующим образом.
Вначале мембранный блок 12 и золотник 14 смещаются под действием пружины 9 в среднее положение, торец блока отходит от кнопки микровыключателя 10, его контакт замыкается и выдает сигнал о наступлении режима ограничения по давлению масла, а золотник 14 перекрывает подвод масла к механизму управления частотой и не допускает повышения частоты вращения при переводе рукоятки контроллера. Затем в случае дальнейшего снижения давления масла мембранный блок и золотник смещаются за среднее положение вправо и золотник 14 соединяет напорную линию механизма управления частотой со сливом. Ввиду неизбежных утечек масла по зазорам этого механизма поршень 17 смещается из своего положения и через рычаг обратной связи смещает вниз из среднего положения золотник 15 управления частотой, нарушив этим равновесие всего механизма. Так как теперь и сливная и напорные камеры золотника 15 соединены со сливной магистралью, то поршень 17 начинает перемещаться вверх, выжимая на слив масло из верхней управляемой полости, снижая частоту вращения вала дизеля независимо от положения контроллера и комбинации включения магнитов MPI-МР4 и уменьшая усилие всережимной пружины 1. Таким образом, механизм управления частотой выключится из работы. Далее частота вращения вала дизеля будет снижаться до тех пор, пока между уменьшающимися усилиями пружины 9 и усилием блока 12 не наступит равновесие, т. е. давление масла станет равным новой, пониженной уставке защиты, соответствующей сниженной частоте. В этом случае блок 12 и золотник 14 вернутся в среднее положение, поршень 17 из-за перекрытия слива золотником 14 остановится и снижение частоты прекратится. Дизель будет работать на этой пониженной частоте в режиме ограничения по давлению масла, в кабине машиниста появится сигнал о недостаточном давлении масла.
При работе дизеля в режиме ограничения по давлению масла блок защиты не препятствует снижению частоты дизеля контроллером ниже значения, установившегося в режиме ограничения, а также остановке дизеля путем выключения магнита МР6. В первом случае, если контроллер будет переведен на низшие позиции, произойдет соответствующее переключение магнитов MPI-МР4 и золотник 15, связанный с ними и поршнем 17 рычажной передачей, сместится вверх. При этом верхняя камера поршня 17 уже независимо от блока защиты соединится со сливом, поршень сместится вверх в новое требуемое положение (как описывалось ранее). После этого блок защиты вновь может вступить в работу, если давление масла на новой частоте окажется ниже соответствующей ей уставки. Во втором случае при обесточивании магнита МР6 золотник 16 соединяет вход блока защиты со сливом.
Давление масла на торец золотника 14 снижается, баланс в блоке нарушается и мембранный блок с этим золотником отходят вправо. Верхняя камера поршня 17 соединяется со сливом, поршень идет вверх до упора, через тарелку 11 выключает подачу топлива и останавливает дизель.
Если при снижении частоты вращения давление масла будет интенсивно падать и равновесие между пружиной 9 и блоком 12 не установится, то рычаг 7, поворачиваясь в соответствии с профилем кулачка 3 против часовой стрелки, упрется в ограничительный винт 4, а его ролик отойдет от профиля кулачка. С этого момента усилие пружины 9 остается неизменным. Оно регулируется винтом 4 таким образом, чтобы соответствующее ему давление масла было равно минимально допустимому значению для минимальной частоты вращения. При дальнейшем падении давления масла баланс между пружиной 9 и блоком 12 уже не восстанавливается, золотник 14 остается в крайнем правом положении, поршень 17 перемещается до упора вверх и через тарелку 11 также выключает подачу топлива.
Если же при работе в режиме ограничения по давлению масла это давление начнет повышаться (например, вследствие устранения неполадки в масляной системе), то блок 12 и золотник 14 сместятся из среднего положения влево, перекроют слив и откроют свободное поступление масла под давлением к золотнику механизма управления частотой. Этот механизм вновь включится в работу и выведет дизель на частоту, соответствующую новому повышенному давлению масла, или (если давление масла восстановилось до нормы) на заданную контроллером частоту вращения. В первом случае дизель будет работать в режиме ограничения шт давлению масла на новой повышенной частоте, во втором случае блок защиты по маслу отключится, сигнал об ограничении по давлению масла исчезнет.
Регулятор с блоком защиты блокирует пуск дизеля при отсутствии минимально допустимого давления масла. Если при пуске давление масла ниже значения, установленного винтом 4, то золотник 14 с мембранным блоком 12 останутся смещенными вправо, управляемая полость поршня 17 будет соединена через золотник со сливным каналом, поршень останется в крайнем верхнем положении и через тарелку 11 будет удерживать механизм управления подачей топлива на нулевом упоре.
⇐Механизм ограничения подачи топлива в зависимости от давления наддува | Тепловозные дизели типа Д49 | Регулирование частоты и нагрузки на тепловозах с гидропередачей⇒