Тепловозы 2ТЭМ 10М. I устройство тепловоза расположение оборудования
Скачать 7.44 Mb.
|
5 Регулятор частоты вращения и мощности Назначение н принцип работы. Дизель 1 ОД 100 имеет всережимный изодромный регулятор частоты вращения и нагрузки (мощности) центробежного типа с автономной масляной системой, а также дополнительными устройствами, обеспечивающими дистанционное управление изменением частоты вращения вала. Назначение регулятора — регулировать количество топлива, подаваемого в цилиндры дизеля, и возбуждение генератора таким образом, чтобы поддерживать заданную частоту вращения коленчатого вала и определенную мощность дизеля на каждом заданном положении контроллера. Регулятор выполняет следующие функции: управляет подачей топлива, изменяя положение реек топливных насосов через рычажную передачу, и возбуждением генератора, изменяя положение якоря индуктивного датчика, включенного в цепь управления возбуждением возбудителя тягового генератора; обеспечивает возможность использования полной мощности дизеля и ограничивает его перегрузку при различных условиях движения тепловоза, а также при включении и выключении вспомогательных агрегатов тепловоза; автоматически отключающим устройством устанавливает якорь индуктивного датчика в положение минимального возбуждения при трогании тепловоза и его боксовании. После прекращения боксования устройство обеспечивает плавное увеличение возбуждения тягового генератора; автоматически с помощью корректоров по давлению наддува, встроенных в регулятор, ограничивает подачу топлива и возбуждение тягового генератора при падении давления надувочного воздуха; обеспечивает с помощью электрогидравлического устройства дистанционное и ручное управление частотой вращения коленчатого вала дизеля путем изменения затяжки всережимной пружины регулятора. Регулятор частоты вращения (рис. 27) состоит из: регулятора частоты вращения (скорости); регулятора нагрузки (мощности); электрогидравлического управления частотой вращения (скоростью); корректоров ограничения нагрузки и подачи топлива. К регулятору скорости относятся: чувствительный элемент (измеритель частоты вращения); серводвигатель, который под воздействием чувствительного элемента изменяет подачу топлива в цилиндры дизеля; обратная связь,, обеспечивающая устойчивость процесса регулирования. Измеритель частоты вращения центробежного типа состоит из двух грузов 8, вращающихся с траверсой, и всережимной пружины 9. Центробежная сила вращающихся грузов уравновешивается усилием всережимной пружины, имеющей определенную затяжку. Грузы регулятора выполнены в виде угловых рычагов, а ось всережимной пружины совпадает с осью вращения, что дает возможность на ходу менять затяжку пружины и тем самым устанавливать требуемую частоту вращения вала дизеля. При изменении нагрузки частота вращения вала дизеля, а следовательно, и центробежная сила грузов изменяются. При этом равновесие между всережимной пружиной и грузами нарушается; грузы расходятся или сходятся, и золотник 31, связанный с измерителем частоты вращения, перемещается вверх или вниз. Золотник 31 управляет движением поршня серводвигателя 27. Шток поршня 27 серводвигателя через рычажную передачу связан с рейками топливных насосов. Движение поршня вверх (на увеличение подачи топлива) совершается под действием давления масла, а вниз (на уменьшение подачи топлива) — под действием пружины 34. Серводвигатель обеспечивает усилие, необходимое для перемещения реек топливных насосов. К изодромной обратной связи относится буферный поршень 7 с пружинами, игла 28 и компенсационный поясок Д золотника 31. При изменении нагрузки дизеля под действием измерителя частоты вращения поршень 27 начинает перемещаться и вызывает изменение подачи топлива. Это изменение продолжалось бы до восстановления частоты вращения при изменившейся нагрузке, однако частота вращения вала дизеля не может изменяться так же быстро, как регулятор изменяет подачу топлива, и поэтому необходимо ограничить перемещение поршня 27 и тем самым избежать излишней или недостаточной подачи топлива в цилиндры дизеля. Это ограничение движения поршня 27 в соответствии с изменением нагрузки осуществляется изодромной обратной связью путем воздействия на поясок Д золотника 31. При перемещении золотника 31 вниз или вверх поршень буфера перемещается влево или вправо, сжимая одну из его пружин и разжимая другую, при этом появляется перепад давлений масла на обеих сторонах поршня с более высоким давлением на стороне, противоположной сжатой пружине. Этот перепад (промежуточное давление) пропорционален перемещению поршня буфера. Перепад передается в полости над и под пояском Д золотника, создавая направленную вверх или вниз силу, действующую на золотник измерителя частоты вращения. В результате действия обратной связи золотник возвращается в среднее положение, при этом поршень серводвигателя остановится в положении, соответствующем измененной нагрузке на дизель, и частота вращения вала восстановится. Поршень 7 возвращается в среднее положение под действием своих пружин, при этом масло перетекает из одной полости поршня буфера в другую через иглу 28. Величина открытия иглы определяет скорость выравнивания давлений в полостях над и под пояском Д золотника и должна быть отрегулирована так, чтобы скорость выравнивания давлений соответствовала скорости изменения частоты вращения вала дизеля. На схеме показано взаимодействие частей регулятора при работе дизеля на установившемся режиме. Усилие пружины 9 через тарелку и шариковый подшипник воспринимается концами угловых рычагов грузов 8\ золотниковая втулка 32 вместе с шестернями масляного насоса 6, траверсой и грузами
Регулирующий поясок Е золотника 31 перекрывает подвод масла к поршню 7 буфера, находящемуся в среднем положении под действием своих пружин. Полости буфера А и Б соединены каналами с полостями соответственно под и над пояском Д. Полость Б соединена с полостью под поршнем 27 серводвигателя. Игла 28 регулирует проходное сечение отверстия, соединяющего полости А и Б справа и слева от поршня 7. При неизменной нагрузке усилие всережимной пружины уравновешивается центробежной силой вращающихся грузов. Золотник 31 своим пояском Е перекрывает окно в золотниковой втулке 32, закрывая доступ масла из аккумулятора к поршню 7. Поршень 7 находится в среднем положении под действием своих пружин, давление масла под поршнем 27 серводвигателя и в полостях А и Б равно. Шток серводвигателя находится в таком положении, при котором подача топлива соответствует определенной нагрузке дизеля. При увеличении нагрузки на дизель частота вращения его вала уменьшается, грузы сходятся к оси вращения, золотник 31 передвигается вниз, открывая доступ масла из аккумулятора 5 в полость А. Поршень
Давление на поясок Д снизу возрастает до тех пор, пока оно вместе с подъемной силой расходящихся грузов не преодолеет усилие пружины измерителя и не поднимет золотник 31 до перекрытия регулирующего окна в золотниковой втулке 32. Как только регулирующее окно закроется, поршень 27 серводвигателя остановится в положении увеличенной подачи топлива, необходимой для работы дизеля при увеличенной нагрузке. Поршень 7 возвращается в среднее положение под действием своих пружин, так как давление масла в полостях А и Б выравнивается иглой 28. Выравнивание давлений должно быть приведено в соответствии со скоростью восстановления частоты вращения вала. При уменьшении нагрузки на дизель частота вращения его вала увеличивается, грузы расходятся, поднимая регулирующий золотник вверх и открывая регулирующее окно пояском £. Регулирующее окно соединяет полость А со сливом, давая возможность поршню серводвигателя под действием пружины 34 опуститься вниз в направлении уменьшения подачи топлива в цилиндры дизеля. При опускании поршня 27 поршень 7 под действием давления масла смещается вправо, сжимая правую пружину и расслабляя левую. При движении поршня 7 в направлении потока масла от поршня 27 к золотнику создается промежуточное давление масла в полости Б, которое больше давления масла в полости А на величину, пропорциональную смещению поршня 7. При движении поршней 7 и 27 перепад давлений масла на обеих сторонах поршня 7 передается в полости над пояском Д золотника и под ним с более высоким по величине давлением над пояском Д. Давление на компенсационный поясок сверху возрастает до тех пор, пока вместе с действующей вниз силой пружины 9 не уравновесит силу грузов и не опустит золотник 31 до перекрытия регулирующего окна во втулке золотника. Как только регулирующее окно закроется, поршень 27 серводвигателя остановится в положении, соответствующем уменьшенной подаче топлива, необходимой для работы дизеля при уменьшенной нагрузке. Поршень 7 возвращается в среднее положение под действием своих пружин. При больших изменениях нагрузки дизеля поршень 7 перемещается в крайнее положение, при этом полости Л и Б, кроме иглы, сообщаются между собой непосредственно, что улучшает переходные процессы. При пуске дизеля. Всережимная пружина имеет предварительную затяжку, соответствующую минимальной частоте вращения холостого хода вала дизеля. Поэтому при неработающем дизеле грузы регулятора сведены и золотник находится в крайнем нижнем положении. Поршень 27 серводвигателя находится в крайнем нижнем положении, соответствующем выключенной подаче топлива. При пусковой частоте вращения масло под давлением из масляного насоса 6 поступает в полость А, смещает поршень 7, который вытесняет некоторый объем масла под поршень серводвигателя. Поршень 27 преодолевает усилие пружины 34 и поднимается вверх, перемещая рейки топливных насосов в положение подачи топлива; дизель пускается и устанавливается минимальная частота вращения, соответствующая предварительной затяжке пружины 9. Регулятор мощности. Нагрузка тяговых электродвигателей, а следовательно, потребляемый ими ток изменяются в зависимости от профиля пути и скорости движения тепловоза. При постоянном напряжении тягового генератора это привело бы к изменению его мощности и мощности дизеля. Для обеспечения постоянства мощности генератора необходимо изменять его напряжение так, чтобы произведение тока на напряжение оставалось постоянным. Такое изменение напряжения достигается воздействием индуктивного датчика регулятора мощности на возбуждение генератора; при этом работа генератора поддерживается по характеристике, близкой к характеристике постоянной мощности, что позволяет использовать полную мощность дизеля при различных условиях движения тепловоза, либо снимать перегрузку дизеля. Регулятор мощности состоит из золотникового устройства (измерительный орган), обратной связи и серводвигателя с индуктивным датчиком. Шток 22 (см. рис. 27) серводвигателя 23 с помощью коромысла 20 соединен с механизмом управления частотой вращения. С коромыслом 20 тягой соединен золотник 18, установленный в золотниковой втулке 17, которая фиксируется пружинами 16 в среднем положении; золотниковое устройство управляет подачей масла в серводвигатель 24, соединенный с индуктивным датчиком 25. Верхняя и нижняя полости золотникового устройства соединены каналами с масляной ванной. Для обеспечения устойчивости регулирования скорость перемещения поршня серводвигателя на увеличение и уменьшение возбуждения генератора регулируется иглами (игольчатыми клапанами) 21. На установившемся режиме золотник 18 своими дисками перекрывает отверстия в золотниковой втулке 17, при этом поршень серводвигателя 27 находится в положении, соответствующем определенной нагрузке при данной частоте вращения вала дизеля. При уменьшении нагрузки на дизель регулятор частоты вращения уменьшает подачу топлива, при этом шток 22 опускается вниз. Тем самым будет опускаться левый конец коромысла 20, которое опустит вниз золотник 18, при этом масло перепускается в полость В серводвигателя 24 и сливается из полости Г. Поршень серводвигателя переместит якорь индуктивного датчика в сторону увеличения возбуждения генератора. Масло из полости Г вытекает через верхний игольчатый клапан в масляную ванну. Давление масла в верхней полости над золотниковой втулкой заставляет ее двигаться вниз, сжимая нижнюю пружину и закрывая перепускное отверстие в золотниковой втулке, через которое масло поступало в полость В серводвигателя. Величина открытия игольчатого клапана определяет скорость движения поршня серводвигателя. После того как нагрузка дизеля увеличится (так как нагрузка на генератор увеличится), регулятор скорости увеличивает подачу топлива, золотник и золотниковая втулка 17 возвращаются в среднее положение, прекращая движение серводвигателя. В результате поршень серводвигателя индуктивного датчика займет новое положение, при котором увеличится нагрузка на генератор, что приведет к восстановлению нагрузки на дизель. При увеличении нагрузки действие элементов регулятора мощности будет противоположно описанному. Увеличение затяжки пружины (увеличение частоты вращения) вызывает такое же действие регулятора мощности, как и уменьшение нагрузки, и наоборот. Это происходит потому, что при увеличении затяжки пружины 9 опускается поршень 19 серводвигателя 5, что вызывает движение золотника нагрузки вниз. Дальнейшие процессы, происходящие в регуляторе, аналогичны вышеописанным. Так как на установившемся режиме золотник 18 своими дисками находится в положении перекрытия отверстий золотниковой втулки, то каждому положению правого конца коромысла (заданию частоты) 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. При смещении точки подвеса золотника в сторону серводвигателя 23 мощность увеличивается, а при смещении в сторону пружины 9 уменьшается. От выбора точки подвеса золотника зависит работа дизеля на экономических режимах, а следовательно, среднеэксплуатационный расход топлива. Для возможности автоматической установки индуктивного датчика в положение минимального возбуждения при пуске дизеля, а также при трогании тепловоза и при его боксовании в регуляторе мощности имеется выключающее устройство 29. Установка индуктивного датчика в положение минимального возбуждения достигается включением электромагнита МР5. При этом улучшается пуск дизеля и обеспечивается плавное трогание тепловоза и выведение его из режима боксования. После прекращения боксо- вания устройство обеспечивает плавное увеличение возбуждения тягового генератора. Управление частотой вращения вала дизель-генератора. Регулятор имеет электрогидравлическую систему управления частотой вращения коленчатого вала с пятнадцатью фиксированными положениями. Электрогидравлическое управление состоит из следующих элементов (см. рис. 27): электромагнитов МР1, МР2, MP3, MP4, которые включаются контроллером в определенной последовательности и изменяют положение золотникового устройства; золотникового устройства, управляющего подачей масла под давлением в серводвигатель управления 15\ гидравлического серводвигателя управления 15, который изменяет затяжку всережимной пружины регулятора; жесткой обратной связи (тяга и рычаги 10, 11, 13), обеспечивающей устойчивость процесса задания частоты вращения. Как видно из принципиальной схемы регулятора, три электромагнита МР2, МР1, MP3 действуют на вершины треугольной пластины 1, поддерживаемой пружиной в верхнем положении. Перемещение треугольной пластины 1 через рычаг 11 передается золотнику 2, управляющему подачей масла в серводвигатель 15. Включением электромагнитов в определенной последовательности достигается семь различных ступеней частоты вращения. Четвертый электромагнит MP4 действует на золотниковую втулку 3. Результат его перемещения противоположен результату перемещения электромагнитов МР1, МР2, MP3. При включении электромагнита MP4 золотниковая втулка движется вниз, открывая регулирующее отверстие в ней на слив, что ведет к уменьшению частоты вращения вала дизеля, при этом обратная связь перемещает золотник вниз, перекрывая отверстие в золотниковой втулке диском золотника. При выключении электромагнита MP4 золотниковая втулка движется вверх под действием пружины, расположенной под ней, открывая подвод масла к поршню 19, что ведет к увеличению частоты вращения вала. Использование электромагнита MP4 в комбинации с тремя электромагнитами МР1, МР2 и MP3 удваивает число ступеней скорости. Равновесное положение. На установившемся режиме золотник 2 своим диском перекрывает отверстие в золотниковой втулке 3, благодаря чему масло запирается в пространстве под поршнем 19 и обеспечивает его фиксирование при заданной частоте вращения. Увеличение частоты вращения вала. При переводе контроллера с низших позиций на высшие включается один или комбинация электромагнитов МР1, МР2, MP3, MP4. Электромагнит или электромагниты перемещают вниз треугольную пластину 1, которая через рычаг перемещает золотник 2 вниз. При этом диск золотника 2 открывает доступ масла под давлением из аккумулятора через регулирующее отверстие (определяющее скорость затяжки пружины 9) во вращающейся золотниковой втулке 3 к поршню 19 серводвигателя управления 15. Поршень 19 опускается, сжимая пружину 9 и вызывая схождение грузов; при этом регулятор перемещает рейки топливных насосов на увеличение подачи топлива. Одновременно жесткая обратная связь (тяга 10, рычаги 11, 13) возвращает золотник 2 в среднее положение, а диском золотника закрывает отверстие золотниковой втулки 3 и тем самым поршень устанавливается в положении, соответствующем включенным электромагнитам. Уменьшение частоты вращения вала дизеля. При переводе контроллера с высших позиций на низшие один или комбинация электромагнитов МР1, МР2, MP3, MP4 обесточивается, и золотник 2 перемещается вверх пружиной 4, расположенной под ним. Полость под поршнем сообщается со сливом, что вызывает перемещение поршня 19 под действием пружины вверх и уменьшение затяжки пружины 9, при этом регулятор перемещает рейки топливных насосов на уменьшение подачи топлива. При движении поршня 19 вверх золотник 2 с помощью рычагов обратной связи возвращается в среднее положение, а поршень 19 займет новое положение, соответствующее включенным электромагнитам. Этот процесс снижения частоты вращения вала происходит в случае перевода рукоятки контроллера на две или более позиции. При этом масло свободно проходит над нижним сливным диском золотника в выпускное окно, чем достигается быстрое снижение частоты вращения. При переводе рукоятки контроллера на одну позицию частота вращения вала дизеля снижается плавно, так как масло из серводвигателя перетекает в ванну регулятора через зазор между нижним диском золотника и золотниковой втулкой 3 (положительное перекрытие). Корректоры регулятора. Регуляторы последних выпусков оборудованы корректорами ограничения нагрузки и подачи топлива в зависимости от давления надувочного воздуха. Принципиальная схема корректоров ограничения нагрузки и подачи топлива приведена на рис. 28. Корректоры состоят из датчика давления и системы рычагов, связанных с золотниками регулятора скорости и регулятора нагрузки. Датчик давления надувочного воздуха состоит из трех основных элементов: чувствительного, или измерителя давления надувочного воздуха; серводвигателя, поршень которого под воздействием чувствительного элемента изменяет свое положение; дросселя, обеспечивающего определенный перепад давления масла между полостями над и под поршнем 7 серводвигателя. Измеритель давления надувочного воздуха состоит из сильфона 2 и конической пружины 4. Давление надувочного воздуха уравновешивается усилием от деформации сильфона и конической пружины. При изменении давления надувочного воздуха нарушается равновесие сил, клапан 3 открывается или закрывается, давление под поршнем увеличивается или падает, заставляя поршень перемещаться. Серводвигатель состоит из дифференциального поршня, движущегося в цилиндре. Шток поршня через кулачок и систему рычагов связан с золотниками регулятора скорости и нагрузки. В полость над поршнем 7 серводвигателя подводится под постоянным давлением р! = рак масло из аккумулятора регулятора через специальный фильтр 6. Под поршень масло поступает через дроссель 5 (набор шайб с калиброванными отверстиями) под давлением р2, меньшим, чем р,. Если давление наддува ps не изменяется, усилие от сильфона уравновешивается усилием пружины 4, поэтому нормально клапан 3 находится в равновесном («подвешенном») состоянии и непрерывно пропускает масло на слив. Давление масла р2 в полости под поршнем меньше давления масла над поршнем р, = рак на величину падения давления масла в дросселе 5. При увеличении давления наддува усилие от сильфона превышает усилие пружины, поэтому клапан 3 открывается на большую величину, количество вытекающего масла увеличивается и давление р2 масла под поршнем падает. Масло под давлением рх над поршнем смещает поршень вниз, увеличивая затяжку пружины 4 до появления равновесия между усилием от сильфона 2 и пружины 4. Клапан 3 при этом возвращается в равновесное состояние. Поршень 7 устанавливается в новом положении, соответствующем новому давлению надувочного воздуха. При уменьшении давления наддува усилие со стороны сильфона уменьшается и пружина 4 прижимает клапан 3 к седлу. Давление р2 масла под поршнем увеличивается и вызывает перемещение поршня 7 вверх. Пружина
Корректор ограничения нагрузки по давлению наддува (рис. 29) состоит из датчика давления надувочного воздуха, рычага 4, тяги 5 и рычага 1, связанного с золотником регулятора нагрузки. Корректор ограничения подачи топлива (рис. 30) состоит из датчика давления наддува и рычагов. На штоке поршня 2 датчика закреплен на оси регулируемый кулачок 3. Изменение профиля кулачка выполняется регулировочным винтом 4. С кулачком 3 в постоянном контакте находится рычаг 5, тягой 6 и рычагом 1 соединенный со штоком силового серводвигателя регулятора. На струне 9, связанной с золотником 11 регулятора скорости, закреплена траверса 8 с регулировочным винтом 7. Корректоры работают независимо друг от друга, используя сигнал от датчика давления наддува, положение поршня которого изменяется пропорционально изменению давления надувочного воздуха в ресивере дизеля. Работа корректора ограничения нагрузки при установившемся режиме. При установившемся режиме подача топлива соответствует нагрузке дизеля, давление наддува не изменяется. Поршень 2 (см. рис. 29) датчика неподвижен, его положение соответствует данному давлению. Между тягой 5 и роликом 10 установлен зазор а. Золотник регулятора нагрузки находится в положении перекрытия. При уменьшении давления наддува поршень датчика перемещается вверх в положение, соответствующее уменьшенному давлению наддува. Рычаг 4 поворачивается и поднимает тягу 5, которая через рычаг 1 поднимает золотник регулятора нагрузки вверх от положения перекрытия на уменьшение возбуждения. Нагрузка на дизель уменьшается, и его частота вращения увеличивается. Вступает в работу регулятор скорости и уменьшает подачу топлива. Шток силового серводвигателя занимает новое положение, несколько ниже прежнего, рычаг 1 опускается с сохранением зазора, при этом золотник регулятора нагрузки возвращается в положение перекрытия. Устанавливается более низкий уровень возбуждения генератора и уменьшается подача топлива соответственно уменьшению давления надувочного воздуха в ресивере дизеля. С повышением давления надувочного воздуха поршень 2 датчика перемещается вниз в положение, соответствующее увеличению давления наддува. Рычаг 4 и тяга 5 опускаются, между торцом поршня 2 датчика и регулировочным винтом 3 появляется зазор. Положение золотника регулятора нагрузки в этом случае определяется только положением штока силового серводвигателя и поршня серводвигателя управления, как в регуляторе 10Д100. 36С6 (без корректора). При неизменной нагрузке давление надувочного воздуха не меняется; шток поршня 2 датчика занимает определенное положение, система рычагов неподвижна, между тягой 5 и роликом 10 сохраняется зазор а. Работа корректора ограничения подачи топлива при изменении скоростного режима. При увеличении скоростного режима (переводе рукоятки контроллера) поршень серводвигателя управления (см. рис. 30) опускается вниз, увеличивая затяжку всережимной пружины. Грузы измерителя сходятся и золотник опускается, открывая окно на подвод масла к силовому серводвигателю. Золотник 11 и связанная с ним струна 9 могут опуститься вниз только на зазор а между рычагом 1 и винтом 7. Поршень силового серводвигателя перемещается вверх на увеличение подачи топлива и поднимает одновременно рычаг 1. Увеличение подачи топлива происходит до тех пор, пока рычаг 1, упираясь в винт 7, закрепленный на траверсе 8, не поднимет струну 9 и связанный с ней золотник 11 в положение перекрытия. Увеличение подачи топлива приводит к увеличению давления наддувочного воздуха. Поршень датчика опускается вниз, рычаг 5 поворачивается по часовой стрелке (так отрегулирован кулачок 3), тяга 6 и рычаг 1 опускаются до появления зазора а. Процесс продолжается до установления |