По мере накопления опыта эксплуатации тепловозов с дизелями типа Д49 возник ряд новых требований к их системам регулирования. Так, возникла необходимость улучшения динамики разгона дизель-генератора. Система дроссельного набора частоты, с одной стороны, в некоторых случаях неоправданно растягивает разгон, а в других случаях приводит к термическим перегрузкам. Как известно, наиболее объективными в этом отношении факторами являются коэффициент избытка воздуха и температура выпускных газов. Была поставлена задача использовать первый параметр для организации процесса разгона путем введения в регулятор системы ограничения мощности и подачи топлива в зависимости от давления наддува. Такое устройство было разработано, испытано, а с 1978 г. введено в серию.
Схема регулятора 3-7РС2 с устройством ограничения подачи топлива по давлению наддува приведена на рис. 87. В сравнении со схемой, показанной на рис. 85, здесь несколько изменилась рычажная система от вала 1 управления подачей топлива к поршню 13 управления частотой и золотнику 5 регулятора мощности без изменения принципа ее действия, появился новый узел - гидроусилитель ГУ и рычажная система механизма ограничения подачи топлива в зависимости от давления наддува, связывающая вал 1 подачи топлива с тарелкой 7 штока золотника регулятора частоты и гидроусилителем ГУ (детали 2, 4, 10, 11, 12). В цилиндре дополнительного поршня изображен буферный поршень, упоминавшийся ранее. Остальные узлы регулятора по принципу их работы остались без изменений.
Принцип действия системы ограничения подачи топлива состоит в следующем. Выход штока 12 гидроусилителя влево пропорционален давлению наддува. При отсутствии давления наддува шток 12 до упора вдвинут в корпус гидроусилителя. На установившемся режиме работы дизеля механизм не воздействует на регулятор ввиду наличия зазора б между тарелкой 7 золотника
Рис. 87, Схема объединенного регулятора частоты и мощности 3-7РС2
регулятора частоты и рычагом 4 и зазора а между винтом 11 п рычагом 9 регулятора нагрузки. Зазор а определяет момент вступления в действие ограничения задания мощности на регулятор мощности, а зазор б -момент вступления в действие ограничения подачи топлива. В случае резкого изменения задания частоты (перевод контроллера на высокие позиции) поршень 13 управления частотой идет вниз, увеличивая через регулятор частоту вращения вала дизеля. Как уже описывалось выше, при этом и на регулятор мощности поступает сигнал на увеличение мощности, поскольку ролик 8 следует за этим поршнем, рычаг 9 поворачивается против часовой стрелки и через рычаг 3 воздействует на золотник 5, поднимая его вверх. Однако следует иметь в виду, что параллельно с ростом частоты вращения дизеля в тепловозной электросхеме регулирования растет уровень задания мощности по сигналу БЗВ (см. рис. 83). Это приводит к росту нагрузки, повороту вала 1 также против часовой стрелки и опусканию левого конца рычага 3. В этот период зазор а выбирается, рычаг 9 упирается правым плечом в винт 11 и останавливается, оторвав ролик 8 от поршня управления частотой. Если при этом вал 1 продолжает поворот в сторону увеличения нагрузки, то золотник 5 начинает двигаться вниз, что, как уже указывалось, приводит к уменьшению нагрузки дизеля через регулятор мощности.
Таким образом, с момента выбора зазора а механизм ограничения подачи топлива действует через регулятор мощности и индуктивный датчик и ограничивает в возможных для него пределах нагрузку на дизель. Если его предела регулирования достаточно, то он ограничивает мощность дизеля, пока турбокомпрессор не разовьет нужной частоты вращения и давление наддува не начнет расти. По мере роста давления наддува шток 12 начнет выдвигаться влево, винт 11 будет смещаться вверх, позволяя регулятору мощности постепенно - в соответствии с ростом давления наддува - повышать уровень мощности дизеля. Наконец, когда давление наддува поднимется достаточно высоко, между винтом 11 и рычагом 9 вновь появится зазор а и механизм ограничения выключится из работы.
Если набор нагрузки контроллером окажется настолько большим, что индуктивный датчик выйдет на упор минимальной нагрузки, винт И будет упираться в рычаг 9, а вал 1 управления подачей топлива будет продолжать поворачиваться в сторону увеличения нагрузки, то зазор б под тарелкой 7 исчезнет и в работу вступит ограничение подачи топлива. Возникнет кинематическая связь между рычагом 4, золотником 6 и штоком 12: при повороте вала 1 на увеличение подачи топлива более допустимой величины рычаг 4 за тарелку 7 приподнимет золотник 6, что приведет к перемещению силового поршня вверх на уменьшение подачи топлива до момента возврата золотника 6 в среднее положение. По мере роста давления наддува шток 12 гидроусилителя будет выдвигаться влево, ввиду чего положение вала 1, соответствующее моменту выборки зазора б, будет смещаться в сторону увеличения подачи топлива, т. е. каждому давлению наддува будет соответствовать своя предельная подача топлива. Далее по мере разгона турбокомпрессора и соответствующего роста давления наддува, а также выхода дизеля на заданную частоту ввиду остановки в требуемом положении вала 1 и выдвижения штока 12 влево появится зазор б и отключится система ограничения подачи топлива, затем появится и зазор а - отключится система ограничения мощности и регулятор мощности плавно, с минимального упора вступит в работу, догружая дизель до требуемой мощности.
Рис. 88. Гидроусилитель механизма ограничения подачи топлива по давлению наддува регулятора 3-7РС2: 1 - золотник; 2 - втулка; 3 - мембранный блок; 4 - упор; 5 - пружина обратной связи; 6 - поршень; 7 - пружина обратной связи; 8 - тарелка; 9 - пружина уравновешивающая
Проведенные исследования показали, что оптимальная характеристика ограничения нагрузки (подача топлива) по давлению наддува нелинейна. Для ее реализации в гидроусилитель ГУ было введено специальное устройство.
Чувствительным элементом гидроусилителя (рис. 88) является мембранный блок 3, в который подается давление из воздушного ресивера дизеля. В блок упирается золотник 1, поджимаемый влево давлением масла из масляной системы регулятора. Положение блока определяется суммой действующих на него усилий от давления в ресивере, сжатия пружин уравновешивающей 9, обратной связи 5 и 7 золотника. Силовой поршень 6 гидроусилителя управляется золотником 1. При нарушении равновесия на мембранном блоке 3, например, при повышении давления в ресивере дизеля блок смещается с золотником 1 вправо, золотник соединяет полость а со сливной магистралью и поршень перемещается влево под действием пружин 5 и 7. В момент, когда уменьшившееся усилие пружин 5 и 7 и увеличившееся усилие пружины 9 компенсируют повышение давления в камере мембранного блока 3, блок с золотником возвратятся в среднее положение, окно во втулке 2 окажется перекрытым и поршень 6 остановится. Таким образом, каждому давлению в ресивере будет соответствовать определенное положение поршня 6. Гидроусилитель работает как следящий серводвигатель с силовой обратной связью.
Рис. 89. Объединенный регулятор частоты и мощности 3-7РС2
По мере роста давления наддува поршень 6 движется влево по зависимости, определяемой суммарной податливостью пружин 5 и 7. Начиная с некоторого давления, тарелка 8 опускается на упор 4 поршня и пружина 7 выключается из работы. Дальнейшее перемещение поршня при росте давления наддува будет определяться податливостью только одной пружины 5, т. е. он будет перемещаться на меньшую величину при таком же изменении давления наддува. Таким образом, по мере повышения давления наддува вначале допустимая подача топлива растет быстро, а с некоторого значения давления -более медленно. Характеристика гидроусилителя и определяемая им характеристика ограничения мощности и подачи топлива по давлению наддува имеют излом.
Введение регулятора со встроенной системой ограничения подачи топлива по давлению наддува по-новому поставило вопрос о соединении выходного вала этого регулятора с тягами управления подачей топлива. Ранее в передаче имелась лишь одна регулируемая тяга, с помощью которой достаточно грубо совмещалось нулевое положение выходного вала регулятора с нулевым положением реек топливных насосов, поскольку и этот вал, и насосы имеют значительные запасы по ходу на отключение. При введении системы ограничения встала задача точного согласования не только нулевых, но и номинальных положений обоих механизмов, так как от этого зависит реализация требуемого закона ограничения. Для этой цели на внешней стороне регулятора, на свободном конце вала управления топливными насосами был установлен рычаг-указатель 6, на корпусе регулятора установлены в характерных точках контрольные штифты 2, 3, 4 и 5
(рис. 89). На радиусе размещения штифтов в рычаге выполнена прорезь, через которую проходят головки штифтов при повороте рычага. При сборке регулятора положение рычага указателя точно согласуется с положением поршней регулятора. В дальнейшем характерные положения поршня в регуляторе можно определять по толщине щупа, проходящего между боковой стороной рычага и соответствующим штифтом.
Для согласования положений тяг с положениями вала регулятора в рычажную передачу, кроме переменной по длине тяги 1, был введен рычаг с регулируемым плечом.
⇐Объединенный регулятор частоты и мощности типа 7РС | Тепловозные дизели типа Д49 | Усовершенствованная система защиты дизеля от падения давления масла⇒