Краткие сведения из теории. Особенности устройства и работы объединенных регуляторов

Особенности устройства и работы объединенных регуляторов

На дизелях 10Д100, 11Д45, Д49 и Д70 применяются объ­единенные регуляторы частоты вращения и мощности. Эти регуляторы центробежные, астатические, изодромные. Они объединяют как регулятор частоты вращения коленчатого вала, который поддерживает заданную частоту вращения путем воздействия на подачу топлива в цилиндры дизеля, так и регулятор мощности, который устанавливает нагрузку на дизель изменением возбуждения тягового генератора. Чтобы обеспечить более устойчивую работу, регулятор частоты вращения должен иметь большее быстродействие, чем регулятор мощности.

Большое распространение получили объединенные регу­ляторы типа 9Д100 и 10Д100 (рис. 9). Входящий в них регулятор частоты вращения по принципу работы и конст­рукции аналогичен регулятору дизелей 2Д100 и Д50. Особенностью этого регулятора является электрогидравли­ческий привод механизма затяжки 13 всережимной пружи­ны 14. Новый привод повышает точность управления час­тотой вращения на промежуточных позициях КМ.

Регулятор мощности состоит из серводвигателя 4 и уп­равляющего им золотника 11. Серводвигатель нагрузки управляет возбуждением тягового генератора, для этого шток его поршня связан с якорем индуктивного датчика, через который на тепловозах типа ТЭ10 получает питание регулировочная обмотка амплистата или на тепловозах 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ7 и др. формируется сигнал задания мощности в селективном узле.

1- шток силового поршня; 2 — серводвигатель подачи топлива; 3 — силовой поршень; 4- серводвигатель нагрузки; 5 — силовой поршень серводвигателя нагрузки; 6 — изодромные дроссели обратной связи; 7 — устройство для вы­ключения регулятора мощности; 8 — пружины обратной связи; 9 — плунжер юлотника; 10 втулка золотника; 11 — золотник серводвигателя нагрузки; 12 клапан; 13 механизм затяжки всережимной пружины; 14 — всережим-ная пружина; 15 — грузы; 16 втулка золотника; 17 — плунжер золотника; 18 золотник серводвигателя подачи топлива; 19 — канал; 20 — пружины об­ратной связи; 21- компенсирующий поршень обратной связи; 22 — изодром-ный дроссель обратной связи управления серводвигателем подачи топлива; АБВ - траверса жесткой обратной связи; МР1—МР4 -- электромагниты ме­ханизма затяжки всережимной пружины; MPS- электромагнит для выключе­ния регулятора мощности; ОР регулировочная обмотка амплистата; СОР — регулировочный резистор в цепи регулировочной обмотки; РУ10 — замыкаю­щийконтакт реле управления, нключенный начиная с 4-й позиции КМ; ИД — индуктивный датчик

Индуктивный датчик состоит (рис. 10, а) из магнитопровода 3, катушки и ферромагнитного якоря 5. К катушке подведен переменный ток. При этом полное сопротивление Z зависит от положения якоря в катушке Д. Чем больше выдвинут якорь, тем меньше полное сопротивление катушки Z, а ток в ней больше (см. характеристику на рис. 10, б).

Плунжер 9 (см. рис. 9) золотника 11 при среднем поло­жении своими поясками перекрывает оба ряда отверстий в золотниковой втулке 10. Плунжер 9 через эксцентриковый механизм шарнирно соединен с траверсой АБВ в точке Б.

Траверса жесткой обратной связи АБВ кинематически связывает шток силового поршня 1 серводвигателя подачи топлива с механизмом затяжки 13 всережимной пружины 14. Благодаря этому при установившемся режиме работы (при неизменном среднем положении плунжера 9 золотника 11 серводвигателя нагрузки) каждому новому значению силы затяжки всережимной пружины соответствует свое положе­ние силового поршня серводвигателя подачи топлива. Как было показано ранее, эта обратная связь определяет ско­ростную регуляторную характеристику дизеля.

Принцип работы регулятора мощности сводится к сле­дующему. Предположим, нагрузка на дизель возросла, тог­да грузы 15 сойдутся и через золотник 18 масло поступит под силовой поршень 3, поднимая его и увеличивая подачу топлива. Подъем силового поршня вызовет подъем плун­жера 9. Тогда масло поступит в серводвигатель нагрузки 4, вызывая перемещение его поршня 5 влево. При этом умень­шится ток возбуждения и мощность генератора. Это снимет перегрузку дизеля, и подача топлива вернется к прежнему значению.

Рис. 10 Индуктивным датчик и его характеристика:

а - конструкция; б – характеристика; 1 – катушка; 2 – каркас; 3 - магнитопровод; 4 – заливка компаундом; 5 – якорь; Z – полное сопротивление катушки переменному току, ОМ; I- ток в цепи катушки, А; l – перемещение якоря.

Наоборот, уменьшение нагрузки на дизель приведет к увеличению тока возбуждения и мощности генератора. В процессе управления, когда под избыточным давлением перемещается поршень 5 серводвигателя 4, из противоположной полости серводвигателя масло вытекает через открывшиеся отверстия золотниковой втулки, воздействуя на втулку 10и перемещая ее вслед за плунжером 9. Это приводит к уменьшению сечения отверстий, открытых плунжером 9 и к сдерживанию чрезмерного перемещения поршня серводвигателя нагрузки. Так вводится гибкая обратная связь, необходимая для успокоения процесса управления. Настройка обратной связи (т. е. устойчивой работы регулятора) производится регулировкой иглой изодромных дросселей 6.

Таким образом, при изменении нагрузки на дизель в результате процесса управления грузы регулятора 15, силовой поршень3 серводвигателя подачи топлива, плунжеры и втулки золотников 11, 18 займут исходное положение. Значит, частота вращения и подача топлива установятся прежними. Лишь поршень 5 серводвигателя 4 нагрузки займет новое положение, изменяя возбуждение генератора так, чтобы обеспечить новое равновесное состояние.

При изменении мощности дизеля вследствие изменения барометрических условий, износа его деталей и других причин процесс управления будет протекать таким же образом. Также в результате процесса управления грузы регулятора, силовой поршень серводвигателя подачи топлива и золот­ники займут исходное положение. Частота вращения уста­новится прежней, а подача топлива изменится в соответст­вии с изменившейся мощностью дизеля. Значит, если быть точным, то надо подчеркнуть, что объединенный регулятор частоты вращения и мощности в процессе работы поддер­живает неизменными частоту вращения вала и положение органов управления подачейтоплива.

На дизелях ряда Д49 тепловозов 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭП75 и др. установлены объединенные регуляторы типа 7РС2 (рис. 10). Эти регуляторы по принципу действия аналогичны регуляторам типов 9Д100 и 10Д100, но отличаются от них конструктивными и эксплуатационными особенностями. В частности, эти регуляторы обеспечивают более устойчи­вую работу, большее быстродействие при переходных про­цессах на заданной позиции КМ, замедленный набор частоты вращения при переключении позиций, возможность не­посредственного управления частотой вращения и пр. Регу­лятор мощности состоит из серводвигателя нагрузки 8 (см. рис. 11) и управляющего им золотника 11. Шток сило­вого поршня серводвигателя через индуктивный датчик из­меняет сигнал задания мощности в селективном узле.

Работа регулятора происходит следующим образом. Если нагрузка на дизель возрастает, частота вращения вала и центробежная сила грузов 20уменьшаются. Под действием всережимной пружины 19 плунжер золотника 21 опустится вниз и своими пояском откроет окна во втулках 22и 24так, что полость асерводвигателя подачи топлива 2 сооб­щится с масляной ванной регулятора, а полость б дополни­тельного серводвигагеля 25 — с напорной магистралью. В результате поршень левого серводвигателя будет опус­каться вниз и поворачивать вал наполнения 4 в сторону увеличения подачи топлива, а подвижную втулку 24 пере­мещать вниз, вслед за плунжером 21.Поршень дополнитель­ного серводвигателя 25 будет перемещаться вверх и возвра­щать подвижную втулку 24в исходное положение (этим осу­ществляется гибкая обратная связь между силовым поршнем серводвигателя подачи топлива и измерительным элемен­том).

Поворот вала наполнения 4 в сторону увеличения пода­чи топлива опустит вниз тягу 9 и плунжер 10 золотника 11 серводвигателя нагрузки 8. При этом верхняя (на рисунке) полость серводвигателе нагрузки 8 будет сообщена с масляной ванной.

Под действием избыточного давления поршень 7 серводвигателя переместит якорь индуктивного датчика ИД вверх (на рисунке), чем уменьшит ток в его цепи, сиг­нал задания мощности в селективном узле, а следовательно, и мощность генератора. Это снимает перегрузку дизеля, подача топлива и частота вращения вала вернутся к преж­нему значению. При уменьшении нагрузки на дизель работа регулятора протекает в обратном порядке.

В связи с тем что вал наполнения 4 через тягу 9 кинема­тически связан жесткой обратной связью с механизмом уп­равления всережимной пружиной, при установившемся режиме работы дизеля каждому новому значению силы за­тяжки всережимной пружины соответствует свое положение силового поршня серводвигателя подачи топлива и вала на­полнения (аналогично регуляторам типов 9Д100 и 10Д100).

Рис. 11. Схема центробежного объединенного регулятора частоты вращения и мощности типа 7РС2:

1— рычаг обратной связи; 2 - серводвигатель подачи топлива; 3 — силовой поршень: 4 — вал наполнения; 5 — изодромный дроссель обратной связи уп­равления серводвигателем нагрузки; 6 — канал; 7 — силовой поршень серводвигателя нагрузки; 8 — серводвигатель нагрузки; 9 — тяга; 10 — плун­жер золотника; 11 — золотник серводвигателя нагрузки; 12 — пружины обрат­ной связи; 13 — втулка золотника; 14 — винт для регулирования наклона ско­ростной регуляторной характеристики; 15 — выключающие гайки; 16 — меха­низм затяжки всережимной пружины; 17 — золотник остановки дизеля; 18 — золотник выключения регулятора мощности; 19 — всережимная пружина; 20 — грузы; 21- плунжер золотника; 22 — втулка золотника; 23 — золотник серводвигателя подачи топлива; 24 — подвижная втулка золотника серводвигателя подачи топлива; 25 — дополнительный серводвигатель; МР6 — электро­магнит остановки дизеля; МР5 — электромагнит выключения регулятора мощ­ности; а. б, в, г полости масляной системы (MPI—-MP4 см. рис. 8)

Вывод: В данной лабораторной работе мы изучили конструкцию, принцип работы и автоматизацию процесса поддержания определенной частоты вращения коленчатого вала а следовательно и мощности с помощью объединенного регулятора частоты вращения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Гаккель Е. Я. «Проектирование систем автоматического управления и защиты тепловозов» М. Транспорт, 1979, 216с.

2. Вилькевич Б. И. «Автоматическое управление электрической передачей» М. Транспорт 1987, 272с.