Регулятор частоти обертання привода землерийної машини

Регулятор частоти обертання привода землерийної машини, що містить дизель, механічний відцентровий вимірювач частоти обертання з вихідною тягою, орган паливоподачі, зв'язаний з тягою, робоче обладнання і привод, установлений між дизелем і робочим обладнанням, який відрізняється тим, що в ньому додатково установлена замкнена сильфонна гідравлічна передача, в якій гідролінією сполучені вузол приймального сильфона з рухомим і нерухомим, з осьовим отвором, фланцями і вузол виконавчого сильфона з першим і другим рухомими фланцями і установленим між ними нерухомим фланцем з осьовим отвором, через який сполучається розділений виконавчий сильфон і з радіальним отвором, сполученим через гідролінію з осьовим отвором нерухомого фланця вузла приймального сильфона, причому перший рухомий фланець вузла виконавчого сильфона з'єднаний з тягою відцентрового вимірювача частоти обертання, а другий рухомий фланець - з органом паливоподачі, а в приводі додатково розміщений вимірювач навантаження, виконаний у вигляді співвісно розміщених ведучого U 2 63111 1 3 самого дизеля, трансмісії, так і робочого обладнання землерийної машини. Забезпечити бажану "екскаваторну" характеристику робочого обладнання змінюванням частоти обертання колінчастого вала дизеля неможливо через погіршення процесу згоряння суміші пального в циліндрах, що спричиняє зниження вихідних техніко-економічних показників, його надійності і довговічності, а також підвищення забруднення довкілля токсичними компонентами відпрацьованих газів (див. кн. Волков Д.П. и Каминская Д.А. Динамика электромеханических систем экскаваторов. - М: Машиностроение, 1971г.; стор.71-73, рис.49). Отже, відомий регулятор має низьку ефективність регулювання частоти обертання привода землерийних машин. Тому для підвищення ефективності регулювання частоти обертання привода, пропонується його удосконалення, суттєві ознаки якого полягають в забезпеченні дизеля регулюючими сигналами за навантаженням астатичної швидкісної характеристики, а привода "екскаваторної" характеристики необхідної жорсткості. Для цього пропонується в силовий привод додатково установити вимірювач навантаження, автоматичний клинопасовий варіатор з гідропідсилювачем і дистанційну замкнену сильфонну передачу, причому вимірювач з'єднати з варіатором через гідропідсилювач, а з органом паливоподачі дизеля - через сильфонну передачу. В замкненій сильфонній передачі гідролінією сполучені вузол приймального сильфона з рухомим і нерухомим, з осьовим отвором, фланцями і вузол виконавчого сильфона з першим і другим рухомими фланцями і установленим між ними нерухомим фланцем з осьовим отвором, через який сполучається розділений виконавчий сильфон з радіальним отвором, сполученим через гідролінію з осьовим отвором нерухомого фланця вузла приймального сильфона, причому перший рухомий фланець вузла виконавчого сильфона з'єднаний з тягою штатного відцентрового вимірювача частоти обертання, а другий рухомий фланець - з органом паливоподачі дизеля. А в силовому приводі робочого обладнання додатково розміщений вимірювач навантаження (крутного моменту дизеля), виконаний у вигляді співвісно розміщених ведучого і веденного валів, з ведучою і веденою, жорстко з'єднаними між собою, півмуфтами. Ведуча півмуфта з валом з'єднана через поздовжню, а ведена півмуфта з валом - через гвинтову шарикові пари і додатково установлений гідравлічний демпфер, поршень з перепускними отворами і штоком якого розміщений у веденій півмуфті і жорстко зв'язаний з ведучим валом. Ведена півмуфта через упорний підшипник взаємодіє з одним торцем пружини, другий торець якої впирається у фіксовану рухому опору, установлену на веденому валу, а додатково установлені механізми знімання і передачі сигналу величини навантаження з'єднують ведучу півмуфту з рухомим фланцем дистанційної замкненої сильфонної передачі. В привод також додатково установлений автоматичний клинопасовий варіатор з вхідним, 63111 4 з'єднаним з веденим валом вимірювача навантаження, валом, проміжним і вихідним валами з нерухомими і рухомими конусами з установленими між ними клиновими пасами. На проміжному валу рухомі конуси спарені, а на вхідному і вихідному валах конуси між собою зв'язані нижнім плечем двоплечого важеля, середня точка якого з'єднана з нерухомою опорою, а верхнє плече через шатун, шток гідроциліндра, додатково установленого гідропідсилювача, і повзун змінювання передаточного відношення варіатора - з механізмами знімання і передачі сигналу величини навантаження. В такому технічному рішенні наявність двох шарикових пар, гідравлічного демпфера і сильфонної передачі забезпечить високу точність вимірювання навантаження, формування і передачу регулюючих сигналів на варіатор, для автоматичного змінювання його передаточного відношення і одержання "екскаваторної" характеристики привода, і на орган паливоподачі для підтримання постійної заданої частоти обертання колінчастого вала дизеля в умовах різко перемінних навантажень його роботи. На представленому кресленні схематично показаний механічний регулятор, де: на фіг.1 - зображений загальний вигляд регулятора, а на фіг.2 - поперечний переріз вимірювача крутного моменту по лінії А-А. Запропонований механічний регулятор містить механічний вимірювач крутного моменту у вигляді муфти з півмуфтою 1, механізмом 2 для знімання і важіль 3 для передачі сигналу. Півмуфта 1 шліцами з'єднана з ведучим валом 4 через шарики 5, установлені в пазах шліців. В торець вала 4 загвинчений шток 6 поршня 7 з осьовими отворами 8 гідравлічного демпфера. Від випадання шарики 5 утримуються кришкою 9, притисненою гайкою торця вала 4. Півмуфта 1 болтами 10 жорстко з'єднана з півмуфтою 11. Для ущільнення з'єднань штока 6 із взаємодіючими деталями використане гумове кільце 12, установлене в кришці 13. Півмуфта 11 з веденим валом 14 з'єднана через шарикову гвинтову пару 15. На другому кінці півмуфти 11 установлена одна обіймиця упорного підшипника 16, а друга обіймиця в напрямній 17 пружини 18, протилежний торець якої впирається в сідло 19 з можливістю переміщатися вздовж осі вала 14 за допомогою гайки 20. Вимірювач крутного моменту зв'язаний з двома каналами передачі регулюючого сигналу за навантаженням. Перший канал містить важіль 3, шарнірно з'єднаний з рухомим фланцем 21 вузла приймального сильфона 22, що переміщується в напрямній 23. Порожнина сильфона 22 гідролінією 24 сполучається з порожниною вузла виконавчого сильфона 25, причому гідролінія 24 одним кінцем з'єднується з нерухомим фланцем 26 з осьовим отвором, а другим кінцем - з нерухомим фланцем 27 з радіальним та осьовим отворами. Сильфон 25 другим рухомим фланцем 28 з'єднується з органом паливоподачі 29. Для усунення гістерезису матеріалу стінок сильфона 25 його рухомий фланець 28 впирається в пружину 30. Перший рухомий фланець 31 виконавчого сильфона через тягу 5 32 і важіль 33 з'єднується з відцентровим вимірювачем 34 частоти обертання. Виконавчий сильфон 25 з рухомими фланцями 28,31 переміщуються в напрямній 35. Коректор регулюючого сигналу за частотою обертання вимірювача 34 містить призму 36 і регулювальний гвинт 37, зв'язаний з важелем 33. Важіль 33 шарнірно з'єднаний з важелем 38, який утримується пружиною 39. Необхідний швидкісний режим дизеля установлюється за допомогою механізму настройки 40, шляхом змінювання ступеня затяжки пружини 41. Другий канал передачі регулюючого сигналу за навантаженням на варіатор містить, шарнірно зв'язаний з важелем 3 повзун 42, з'єднаний з одним плечем двоплечого важеля 43, протилежне плече якого зв'язане зі штоком 44 поршня 45 гідроциліндра, а середня точка - зі штоком 46 золотника 47 гідропідсилювача 48. Перепускається робоча рідина в золотник через отвори 49, 50, 51, а в гідроциліндр - через отвори 52, 53. До вимірювача навантаження послідовно приєднаний, утворений із двох механізмів, клинопасовий варіатор з вхідним 54, проміжним 55 і вихідним 56 валами. На валу 54 жорстко закріплений конус 57, на валу 55 - конуси 58,59 і на валу 56 - конус 60, а також розміщені рухомі конуси - 61 на вхідному, спарені конуси 62,63 на проміжному і на вихідному валу конус 64. Між нерухомими і рухомими конусами установлені клинові паси першого механізму 65 і другого - 66. Рухомі конуси 61 на вхідному і 64 на вихідному валах між собою зв'язані нижнім плечем двоплечого важеля 67, середня точка якого з'єднана з нерухомою опорою 68, а верхнє плече шатуном 69 зі штоком 44 гідропідсилювача 48. Запропонований регулятор працює наступним чином. В усталеному швидкісному і навантажувальному режимі крутний момент дизеля рівний моменту опору копанню ґрунту і з'єднані півмуфти 1, 11, нагвинчені на ведений вал 14 на певний кут, утримуються в такому положенні стисненою пружиною 18, забезпечуючи ведучому 4 і веденому 14 валам однакову частоту обертання. При цьому півмуфти 1, 11, після певного осьового зміщення, пропорційного величині крутного моменту, перемістили за собою механізм 2 знімання сигналу і через важіль 3 утримують фланець 21 в положенні, при якому тиск у вузлі приймального сильфона 22, гідролінії 24 і у вузлі виконавчого сильфона 25 такий, що другий рухомий фланець 28 і орган 29 паливоподачі займають положення, що відповідає цикловій подачі заданого усталеного режиму. Відцентровий вимірювач 34 частоти обертання зрівноважений пружиною 41, через важіль 33 і фланець 31 буде створювати в сильфоні 25 тиск робочої рідини, що відповідатиме тому ж положенню органа паливоподачі 29. Одночасно по другому каналу регулювання сигнал навантаження з механізму 2 через важіль 3, повзун 42, двоплечий важіль 43, шток 46 перекриває канали 49,51, а поршень 45 гідропідсилювача 48 через шток 44, шатун 69 утримує важіль 67 в положенні певного передаточного відношення варіатора, забезпечуючи вихідному валу 56 привода 63111 6 необхідну частоту обертання, що відповідає навантаженню "екскаваторної" характеристики робочого обладнання землерийної машини. У випадку різкого скидання навантаження, реактивний момент муфт 1, 11 різко зникає і під дією пружини 18 вони з важелем 3 і фланцем 21 перемістяться вправо, створюючи в сильфоні 22 розрідження, яке гідролінією 24 передається в сильфон 25. В результаті фланець 28, під дією зусилля пружини 30 і жорсткості матеріалу стінок сильфона 25, різко перемістить орган 29 паливоподачі в бік зменшення циклової подачі палива, забезпечуючи незмінною частоту обертання колінчастого вала дизеля. При цьому на орган паливоподачі 29 відцентровий вимірювач 34, із-за інерційного запізнювання вимірювання частоти обертання, діяти не буде. Незалежно від надходження регулюючого сигналу за навантаженням на орган 29 паливоподачі, від важеля 3 через повзун 42, важіль 43, переміщується шток 46, відкриваючи перепускні отвори 49, 51 золотника. Під дією робочої рідини поршень 45 гідропідсилювача 48 через шток 44, шатун 69, верхнє і нижнє плечі важеля 67 перемістить рухомий конус 61 на вхідному і конус 64 на вихідному валах в бік збільшення радіуса охоплення шківа пасом 65 на вхідному валу 54 і зменшуючи радіус охоплення шківа пасом 66 на вихідному валу 56, з одночасним переміщенням спарених конусів 62, 63 на проміжному валу 55 в бік зменшення радіуса охоплення шківа пасом 65 і збільшення радіуса охоплення шківа пасом 66, збільшуючи передаточне відношення варіатора і забезпечуючи вихідному валу 56 привода, відповідно до "екскаваторної" характеристики, збільшену частоту обертання при незмінній заданій частоті обертання колінчастого вала дизеля. При різкому накиданні навантаження реактивний момент на півмуфтах 4, 11 різко з'явиться і, здолавши зусилля пружини 18, вони перемістяться з важелем 3 і фланцем 21 вліво, створюючи в сильфоні 22 тиск робочої рідини, який гідролінією 24 передаватиметься в сильфон 25. Від цього фланець 28, долаючи зусилля пружини 30 і жорсткості матеріалу стінок сильфона 25, різко перемістить орган 29 паливоподачі в бік збільшення циклової подачі палива. Частота обертання колінчастого вала дизеля, як і при різкому скиданні навантаження, залишатиметься незмінною і відцентровий вимірювач 34 також на орган 29 діяти не буде. Паралельно регулюючим сигналам за зміною навантаження на орган 29 паливоподачі від важеля 3 через повзун 42, важіль 43 переміщається шток 46, відкриваючи отвори 49, 51 золотника, забезпечуючи поршню 45 підсилювача 48 переміщення в зворотному напрямку на величину, пропорційну зміненому моменту. Від дії штока 44, в зворотному напрямку перемістяться всі рухомі деталі варіатора, зменшуючи при цьому радіус охоплення пасом 65 шківа на валу 54 і збільшуючи радіус охоплення пасом 66 шківа на валу 56, з одночасним переміщенням спарених конусів 62, 63 на валу 55 в бік збільшення радіуса охоплення шківа пасом 65 і зменшення радіуса охоплення шківа пасом 66, зменшуючи передаточне відно 7 шення варіатора і забезпечуючи вихідному валу 56 привода, відповідно "екскаваторної" характеристики, зменшену частоту обертання при незмінній заданій частоті обертання колінчастого вала дизеля. Ступінь затяжки пружини 18 змінюється переміщенням гайки 20 сідла 19, забезпечуючи необхідну чутливість вимірювача крутного моменту. При повному стисканні пружини 18 вимірювач крутного моменту буде працювати як з'єднувальна муфта. Для гасіння високочастотних коливань, обумовлених нерівномірністю моменту опору, циклової подачі палива в дизель та іншими причинами, півмуфти 1, 11 при осьовому переміщенні будуть гальмуватися гідравлічним опором робочої рідини, що перетікатиме із одної порожнини гідравлічного демпфера в другу через отвори 8 поршня 7. Таке технічне рішення, завдяки гідравлічній дистанційній передачі першим каналом регулюючого сигналу за навантаженням і його гідравлічного підсумовування з регулюючим сигналом за частотою обертання, забезпечує як при збільшенні, так і при зменшенні крутного моменту, постійну 63111 8 частоту обертання колінчастого вала дизеля, а при передачі другим каналом регулюючого сигналу за навантаженням на варіатор, змінюванням його передаточного відношення - "екскаваторну" характеристику привода землерийної машини. Застосування запропонованого регулятора, у порівнянні з уже відомим, дасть можливість: - спростити конструкцію дистанційної передачі і підсумовування регулюючих сигналів за відхиленням частоти обертання і навантаження; - підвищити точність регулювання частоти обертання колінчастого вала дизеля і його вихідні техніко-економічні показники в умовах різкоперемінних режимів роботи; - підвищити надійність і довговічність дизеля, привода робочого обладнання і землерийної машини в цілому за рахунок роботи дизеля на номінальному швидкісному режимі, а робочого обладнання - на "екскаваторній" характеристиці без ривків та ударів; - покращити екологію довкілля, завдяки зменшенню викидів з відпрацьованими газами дизелів токсичних речовин; - розширити область застосування. 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 63111 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601