Триімпульсний регулятор частоти обертання дизеля

Реферат: Триімпульсний регулятор частоти обертання дизеля містить відцентровий регулятор частоти обертання, вимірювач крутного моменту, рейку паливного насоса і підсумовуючий важіль, один кінець якого кінематично зв'язаний з відцентровим регулятором, а середня частина з'єднана з рейкою паливного насоса. Між підсумовуючим важелем і вимірювачем крутного моменту додатково установлені демпфер, з'єднувальна ланка, гідравлічна передача з дроселем і диференціатор. Вимірювач крутного моменту виконаний у вигляді шестеренчастого насоса, ведуча шестірня якого жорстко зв'язана з вихідним валом, а корпус через з'єднувальну ланку - з демпфером і через тягу і гідравлічну передачу - з диференціатором, виконаним у вигляді порожнистого корпуса з розміщеними в ньому суцільним і порожнистими поршнями, зв'язаними між собою принаймні двома жорсткими тягами і додатковим поршнем з вихідним штоком, з утворенням штокової і безштокової порожнин, з яких штокова з гідравлічною передачею сполучена безпосередньо, безштокова - через дросель, а вихідний шток додаткового поршня зв'язаний з другим кінцем підсумовуючого важеля. UA 87486 U (12) UA 87486 U UA 87486 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі машинобудування, і зокрема, двигунобудування і може бути використаний на дизельних двигунах внутрішнього згоряння (дизелях) будівельних, підйомно-транспортних, меліоративних та інших машинах, при наявних в їх штатних гідросистемах принаймні двох гідронасосів (наприклад, див. кн. А.В. Ольшанский, Н.Ф. Федотов, Н.Г. Бородин и др. Машины инженерного вооружения. Часть 1. -М.: Военное издательство, 1986, с. 378-379, рис. 10.21), забезпечуючи привод робочого обладнання, для підтримання заданого швидкісного режиму роботи їх в умовах перемінних навантажень. Відомий, найбільш близький за технічною суттю, двоімпульсний регулятор частоти обертання двигуна, наприклад, дизеля містить відцентровий вимірювач частоти обертання і вимірювач навантаження (крутного моменту) у вигляді установленого на валу дизеля ротаційного пружинного динамометра для вимірювання моменту опору, обладнаного упором максимального переміщення вихідного органа передачі і з'єднаного за допомогою сильфонної передачі з підсумовуючим механізмом, зв'язаним з відцентровим вимірювачем частоти обертання і з органом дозування подачі палива рейкою паливного насоса (див. авторське свідоцтво СРСР № 381065). Однак, недоліком відомого регулятора є складна конструкція, обумовлена наявністю додатково включеного в силовий привод дизеля ротаційного пружинного динамометра, низька точність регулювання частоти обертання колінчастого вала дизеля, спричинена відсутністю гасника високочастотних коливань в контурі формування і подачі регулюючого імпульсу пропорціонального тільки відхиленню крутного моменту (навантаження), а також обмежена область його застосування. Все це збільшує матеріалоємність, понижує вихідні експлуатаційні техніко-економічні показники дизеля і продуктивність привідних ним машин і агрегатів. Отже, відомий двоімпульсний регулятор матеріалоємний, має низьку ефективність використання і обмежену область застосування. В основу корисної моделі поставлена задача спростити конструкцію, підвищити ефективність експлуатації дизелів і привідних ними машин і агрегатів, а також розширити область застосування двоімпульсного регулятора. Поставлена задача вирішується тим, що в закон регулювання по каналу додаткового регулюючого імпульсу за величиною навантаження вводиться перша похідна від його змінювання, а як вимірювач навантаження використано переобладнаних в один два гідронасоса штатної гідросистеми, додатково оснащених гідравлічним демпфером для гасіння поштовхів і ударів в силовому гідроприводі, викликаних перемінним навантаженням робочого обладнання. Для цього між підсумовуючим механізмом (важелем) і вимірювачем крутного моменту додатково установлюється гідравлічний демпфер, з'єднувальна ланка, гідравлічна передача з дроселем і диференціатор регулюючих імпульсів за навантаженням. Вимірювач крутного моменту (навантаження) виконаний у вигляді шестеренчастого насоса, ведуча шестірня якого жорстко зв'язана з його вихідним валом, а корпус через з'єднувальну ланку - з гідравлічним демпфером і через тягу і гідравлічну передачу - з диференціатором. Диференціатор виконаний у вигляді порожнистого корпуса з розміщеними в ньому суцільним і порожнистим поршнями, які зв'язані між собою принаймні двома жорсткими тягами, і додатковим поршнем з вихідним штоком. Корпус з поршнями утворюють штокову і безштокову порожнини, з яких штокова порожнина з гідравлічною передачею сполучена безпосередньо, безштокова порожнина - через дросель, а підсумовуючий важіль одним кінцем кінематично зв'язаний з відцентровим регулятором частоти обертання, середньою частиною з'єднаний з рейкою паливного насоса, а другим кінцем зв'язаний з вихідним штоком додаткового поршня. Таке технічне рішення дає можливість спростити конструкцію заміною додатково установлюваного вимірювача крутного моменту у вигляді пружинного динамометра на переобладнаний із двох в один шестеренчастий насос, який органічно входить в силовий привод машин і агрегатів як джерело рідини для силового робочого обладнання, з одночасним вимірюванням крутного моменту, що через нього проходить, для формування додаткового регулюючого імпульсу за навантаженням. Залучення гідравлічного демпфера в силовий привод підвищить надійність і довговічність робочого обладнання з одночасною фільтрацією високочастотних коливань в регулюючому імпульсі. Введення в контур регулюючого імпульсу за навантаженням першої похідної від його змінювання підвищить точність регулювання частоти обертання дизеля. Все це сприятиме розширенню області застосування триімпульсного регулятора на дизелях машин і агрегатів з двома гідроциліндрами. Суть корисної моделі пояснює креслення. На фіг. 1 - принципова схема триімпульсного регулятора частоти обертання дизеля. На фіг. 2 - гідравлічний шестеренчастий насос, вигляд зверху. 1 UA 87486 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Триімпульсний регулятор частоти обертання дизеля містить вимірювач навантаження виконаний у вигляді гідравлічного шестеренчастого насоса, послідовно включеного в силовий привод робочого обладнання машини, ведуча шестірня 1 якого жорстко з'єднана з вихідним валом 2 механічної трансмісії привода робочого обладнання. Вихідний вал 2 посаджений на підшипниках 3, які установлені в корпусі 4 понижуючого редуктора трансмісії. Шестірня 1 знаходиться в постійному зачепленні з веденими лівою 5 і правою 6 шестернями насоса. Всі шестерні розміщені в корпусі 7 гідравлічного насоса, який шарнірно зв'язаний із з'єднувальною ланкою 8 податливої опори. Тяга 9 зв'язує з'єднувальну ланку 8 із сідлом 10 основної пружини 11 вимірювача моменту і пружини 12 коректора по моменту, що опирається в нерухому напрямну 13. Другим боком з'єднувальна ланка 8 зв'язана зі штоком 14 гідравлічного демпфера високочастотних коливань, який складається з корпусу 15 з ущільненнями 16, поршня 17 і регульованого дроселя 18. Тяга 9 жорстко з'єднується з рухомим поршнем 19 приймального гідроциліндра 20. Порожнина гідроциліндра 20 через гідролінію 21 і регульований дросель 22 сполучена із безштоковою порожниною "а" диференціатора імпульсів 23, а зі штоковою порожниною "в" через гідролінії 21, 24 - безпосередньо. Диференціатор 23 містить порожнистий корпус 25, усередині якого розміщені суцільний 26 і порожнистий 27 рухомі поршні, зв'язані між собою принаймні двома жорсткими тягами 28. Поршень 27 своїм внутрішнім діаметром переміщується по напрямній 29, з розміщеним у ній поршнем 30. Напрямна 29 з корпусом 25 з'єднана за допомогою кришки 31 з отворами для перепуску повітря при переміщенні поршнів 27, 30. Між поршнями 27, 30 і кришкою 31 установлені зворотні пружини 32, 33. Поршень 30 через шток 34 шарнірно з'єднується з одним кінцем підсумовуючого важеля 35, який середньою частиною зв'язаний з рейкою 36 паливного насосу 37, а другим кінцем з'єднується за допомогою тяги 38 з виходом відцентрового регулятора частоти обертання дизеля. Відцентровий регулятор частоти обертання містить вал 39, зв'язаний через привод з колінчастим валом дизеля. На валу 39 жорстко посаджена хрестовина 40 із шарнірно установленими тягарцями 41 і муфта 42, яка знаходиться в постійному стиканні з тягарцями і проміжним важелем 43, з шарнірно з'єднаним нижнім кінцем з корпусом регулятора, а верхнім з тягою 38. Діапазон регулювання частоти обертання задається від важеля 44 через відновлювальну пружину 45, зв'язану з верхнім кінцем основного важеля 46, нижній кінець якого з'єднаний з корпусом регулятора. З важелем 44 і з корпусом 47 коректора подачі палива за частотою обертання зв'язана пружина 48, працююча в режимі пуску дизеля. В корпусі 47 коректора установлений регулювальний гвинт 49, пружина 50 і рухомий упор 51, яким проміжний важіль 43 діє при роботі дизеля на коректорній гілці характеристики з основним важелем 46, переміщення якого обмежують нерухомі упори 52, 53, зв'язані з корпусом регулятора. Взаємодія проміжного важеля 43 і основного 46 при роботі дизеля на регуляторній гілці здійснюється за допомогою упора 54, жорстко зв'язаного з важелем 46. Принцип дії триімпульсного регулятора частоти обертання розглянений на прикладі найбільш характерних режимах роботи дизеля: усталеного; різкого (миттєвого) скидання навантаження; різкого (миттєвого) накидання навантаження; плавного (повільного) змінювання навантаження. В усталеному режимі в результаті рівності крутного моменту, що розвиває дизель і моменту опору робочого обладнання споживача енергії установлюється певний швидкісний і навантажувальний режим його роботи. При цьому тягарці 41 відцентрового регулятора частоти обертання займають певне положення і через муфту 42, проміжний важіль 43, тягу 38 і нижній кінець підсумовуючого важеля 35 утримують рейку 36 паливного насоса 37 в положенні циклової подачі палива, що відповідає заданому усталеному швидкісному режиму. З другого боку, даному швидкісному режиму відповідає певний навантажувальний режим, обумовлений опором гідравлічного робочого обладнання машини. Тому в певному усталеному навантажувальному режимі корпус 7 гідравлічного шестеренчастого насосу (вимірювача моменту), здолавши опір основної пружини 11 податливої опори, через з'єднувальну ланку 8, тягу 9, сідло 10 діє на поршень 19 приймального гідроциліндра 20 і створює в ньому тиск, який гідролініями 21, 24 і дросель 22 передається в порожнини "а", "в" диференціатора 23, підвищуючи в них тиск. В результаті рухомий поршень 30, здолавши опір зворотної пружини 33 переміщається уліво і через шток 34 кінець підсумовуючого важеля 35 утримує рейку паливного насоса 37 в положенні циклової подачі палива, що відповідає усталеному навантажувальному режиму. 2 UA 87486 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У випадку різкого скидання навантаження крутний момент в насосі, а разом з ним і перекидаючий момент корпусу 7, різко зникає і з'єднувальна ланка 8 під дією основної відновлювальної пружини 11 через тягу 9, сідло 10 переміщає поршень 19 в зворотному напрямку, утворюючи в гідроциліндрі 20 розрідження, яке гідролініями 21, 24 передається в диференціатор імпульсів 23. Однак, через наявність дроселя 22 розрідження в порожнині "а" буде наростати повільніше, ніж у порожнині "в". В результаті поршень 26 буде переміщатися уліво, переміщуючи з собою поршень 27 і створюючи додатковий приріст розрідження робочої рідини в порожнині "в". При цьому поршень 30, зв'язаний зі штоком 34 вихідного імпульсу, одержить додаткове переміщення, внаслідок чого відбувається додавання двох переміщень, тобто результуюче переміщення поршня буде складатися із переміщення викликаного змінюванням крутного моменту і переміщення, викликаного швидким (першою похідною) його змінюванням. В результаті поршень 30 під дією зворотної пружини 33 через шток 34 і верхній кінець підсумовуючого важеля 35 різко, пропорційно двом регулюючим імпульсам, переміщує рейку 36 паливного насоса 37 в бік зменшення циклової подачі палива і утримує її в положенні, відповідаючому величині циклової на новому усталеному навантажувальному режимі роботи дизеля. З другого боку, при різкому скиданні навантаження частота обертання дизеля через інерційність його і зв'язаних з ним рухомих деталей привідної машини не встигає змінитися і в деякий початковий період продовжує зберігатися постійною. Тому тягарці 41, не змінюючи свого положення, через муфту 42, проміжний важіль 43, тягу 38 утримують нижній кінець підсумовуючого важеля 35 протягом певного, порівняно малого моменту часу в положенні, відповідаючому попередній частоті обертання дизеля. Цього часу достатньо для двох регулюючих імпульсів за змінюванням навантаження у вигляді переміщення штока 34, щоб верхній кінець підсумовуючого важеля 35 перемістив рейку 36 паливного насоса 37 в бік зменшення циклової подачі на таку величину, при якій частота обертання дизеля після скидання навантаження збереглася дотеперішньою. Таким чином, в цьому режимі роботи дизеля рейка паливного насосу переміщується під дією регулюючого імпульсу пропорційного змінюванню навантаження і регулюючого імпульсу пропорційного швидкості (першій похідній) його змінювання, забезпечуючи задану частоту обертання, а регулюючий імпульс за частотою обертання тільки підтримує її стійкість. При різкому накиданні навантаження крутний момент і гідравлічному шестеренчастому насосі, а отже, і перекидаючий момент корпусу 7 виникає також різко. Тоді з'єднувальна ланка 8 під дією виникненого моменту, здолавши зусилля основної відновлювальної пружини 11 (якщо величина виникненого моменту менша або рівна номінальному навантаженню) і додаткове зусилля пружини 12 коректора по моменту (якщо величина моменту більша номінальному навантаженню), через тягу 9, сідло 10 переміщає поршень 19 уліво, підвищуючи в гідроциліндрі 20 тиск робочої рідини, який гідролініями 21, 24 передається в диференціатор імпульсів 23. Однак, через наявність дроселя 22 тиск в порожнині "а" буде наростати повільніше, ніж у порожнині "в". Від цього поршень 26 буде переміщатися управо, переміщаючи з собою поршень 27 і створюючи додатковий приріст тиску робочої рідини в порожнині "в". Поршень 30, зв'язаний зі штоком 34 вихідного сигналу при цьому одержить додаткове переміщення, внаслідок чого відбувається додавання двох переміщень і результуюче переміщення поршня буде складатися із переміщення викликаного змінюванням крутного моменту і переміщення, викликаного швидким (першою похідною) його змінюванням. В результаті поршень 30 під дією зворотної пружини 33 через шток 34 і верхній кінець підсумовуючого важеля 35 різко, пропорційно двом регулюючим імпульсам, перемішує рейку 36 паливного насоса 37 в бік збільшення циклової подачі палива і утримує її в положенні, відповідаючому величині циклової подачі вже на новому усталеному (збільшеному) навантажувальному режимі роботи. Аналогічно, як і при скиданні навантаження, при різкому накиданні навантаження частота обертання дизеля через інерційність його і зв'язаних з ним рухомих деталей привідної машини не встигає змінитися і в деякий початковий період продовжує зберігатися постійною. Тому тягарці 41, не змінюючи свого положення, через муфту 42, проміжний важіль 43, тягу 38 утримують нижній кінець підсумовуючого важеля 35 протягом певного, порівняно малого моменту часу в положенні, відповідаючому попередній частоті обертання дизеля. В даному випадку цього часу достатньо для двох регулюючих імпульсів за змінюванням навантаження у вигляді переміщення штока 34, щоб верхній кінець підсумовуючого важеля 35 перемістив рейку 36 паливного насоса 37 в бік збільшення циклової подачі на таку величину, при якій частота обертання дизеля після накидання навантаження збереглася попередньою, але вже при новому збільшеному навантаженні. 3 UA 87486 U 5 10 15 20 25 Отже в режимі накидання навантаження, як і при різкому її скиданні, рейка паливного насосу переміщується під дією регулюючого імпульсу пропорційного змінюванню навантаження і регулюючого імпульсу пропорційного швидкості (першій похідній) його змінювання, також забезпечуючи задану частоту обертання, а регулюючий імпульс за частотою обертання тільки підтримує її стійкість. У випадку плавного змінювання (збільшення) навантаження крутний момент в шестеренчастому насосі, а отже, і момент перекидаючий корпус 7, змінюється повільно. При цьому з'єднувальна ланка 8 під дією повільно змінювавшогося моменту, долаючи зусилля основної відновлювальної пружини 11, через тягу 9, сідло 10 переміщує поршень 19 уліво, повільно підвищуючи в порожнині "а" тиск робочої рідини, який гідролініями 21, 24 передається в диференціатор імпульсів 23. Під дією підвищуючого тиску в порожнинах "а", "в" його рухомий поршень 30, долаючи зусилля зворотної пружини 33, через шток 34 і верхній кінець підсумовуючого важеля 35 переміщає рейку 36 паливного насоса 37 в бік збільшення циклової подачі палива, компенсуючи цим плавне збільшення навантаження, при постійному значенні частоти обертання. В даному випадку, як і в попередніх, рейка паливного насоса переміщується під дією тільки регулюючого імпульсу, пропорційного змінюванню навантаження, забезпечуючи постійною задану частоту обертання, а регулюючий імпульс за частотою обертання підтримує її стійкість. Застосування запропонованого три імпульсного регулятора, у порівнянні з уже відомими, дасть можливість спростити конструкцію шляхом вилучення вимірювача навантаження додатково установленого в силовий привод і заміною його переобладнаним вузлом, який органічно входить в силовий привод, а також підвищити точність регулювання частоти обертання за рахунок включення в контур формування і подачі додаткового регулюючого імпульсу, пропорційного швидкості (першій похідній) відхилення навантаження, і тим самим підвищити ефективність експлуатації як самих дизелів, так і привідних ними машин і агрегатів, а також розширити область застосування запропонованого регулятора. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Триімпульсний регулятор частоти обертання дизеля, що містить відцентровий регулятор частоти обертання, вимірювач крутного моменту, рейку паливного насоса і підсумовуючий важіль, один кінець якого кінематично зв'язаний з відцентровим регулятором, а середня частина з'єднана з рейкою паливного насоса, який відрізняється тим, що в ньому між підсумовуючим важелем і вимірювачем крутного моменту додатково установлені демпфер, з'єднувальна ланка, гідравлічна передача з дроселем і диференціатор, причому вимірювач крутного моменту виконаний у вигляді шестеренчастого насоса, ведуча шестірня якого жорстко зв'язана з вихідним валом, а корпус через з'єднувальну ланку - з демпфером і через тягу і гідравлічну передачу - з диференціатором, виконаним у вигляді порожнистого корпуса з розміщеними в ньому суцільним і порожнистими поршнями, зв'язаними між собою принаймні двома жорсткими тягами і додатковим поршнем з вихідним штоком, з утворенням штокової і безштокової порожнин, з яких штокова з гідравлічною передачею сполучена безпосередньо, безштокова через дросель, а вихідний шток додаткового поршня зв'язаний з другим кінцем підсумовуючого важеля. 4 UA 87486 U Комп’ютерна верстка С. Чулій 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 5