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新聞主題 |
典型機械式調速器的構造與工作原理 |
調速器主要作用是改變柴油機得油量調節機構，使其轉速調節到規定得轉速范圍。柴油機不同轉速和負荷就是通過改變循環噴油量來獲得，欲使柴油機得功率與新得外界負荷相適應，就應該及時改變噴油量。為了使柴油機在選定得轉速下穩定運行，必裝有調速裝置，通過她自動地改變柴油機噴油泵得噴油量，以適應外界負荷得變化。
一、I號噴油泵調速器
① I號噴油泵調速器的構造
I號噴油泵調速器為機械全程式調速器，其構造如圖1所示。I號噴油泵調速器主要由驅動件、飛球、調速彈簧、傳動部分和操縱部分等組成。
I號噴油泵調速器的驅動件為具有60°錐面的驅動盤。在驅動盤的內側有六個沿徑向的半圓形凹槽。驅動盤壓緊在驅動軸套上而與其連成一體，然后通過半圓鍵和鎖緊螺母使其和噴油泵的凸輪軸相連。
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圖1 柴油機I號噴油泵調速器的構造 1-調速手柄；2-調速彈簧；3-高速限位螺釘；4-調速限位塊；5-息速限位螺釘；6-油量限位螺釘； 7-滑套；8-校正彈簧；9-推力盤；10-飛球；11-驅動盤；12-凸輪軸；13-啟動彈簧； 14-供油拉桿；15-停車手柄；16-停車彈簧；17-傳動板 |
六個直徑為25.4mm的飛球置于驅動盤的凹槽內，隨驅動盤一起旋轉。飛球另一側為與軸線成45°錐面的推力盤，推力盤滑套在驅動軸套上。工作時飛球的離心力作用在推力盤上，其軸向分力F。將使推力盤沿軸向滑動。套裝在推力盤上的滑動軸承和傳動板也隨之移動。傳動板上端套在供油拉桿上，因此供油拉桿也隨之移動，從而改變供油量。
在調速器縱軸上套有一根扭簧，即調速彈簧（見圖2）。扭簧兩端壓在滑套上，滑套端面則緊靠傳動板，當傳動板向左移動時，需要克服彈簧的壓力。轉動調速手柄即可改變扭簧的壓力，因而改變了調速器起作用的轉速。
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圖2 柴油機操縱軸與調速彈簧 |
在操縱軸上裝有調速限位塊（如圖1所示），它隨調速手柄一道轉動。順時針轉動調速手柄，使調速限位塊上端與高速限位螺釘相碰時，調速彈簧的預緊力最大，對應于柴油機最高轉速工況（一般即為標定轉速）。逆時針轉動調速手柄，使限位塊下端與怠速限位螺釘相碰，調速彈簧的預緊力最小，對應于柴油機的最低轉速工況。
② I號噴油泵調速器的工作原理
（1）一般工況：
當調速手柄處于兩個限位螺釘之間的任一位置時，柴油機將穩定到某一轉速下工作，飛球的離心力與調速彈簧彈力處于平衡狀態。如這時外界負荷發生變化而引起轉速變化，飛球離心力與調速彈簧彈力失去平衡，調速器將自動調節供油量，使柴油機轉速維持在原來轉速附近變化較小的范圍內。
（2）冷啟動工況：
柴油機冷態啟動時，由于壓縮終了時氣缸內氣體的壓力和溫度較低，不利于燃油的蒸發和混合氣的形成。因此，要求噴油泵供給比正常情況下更多的柴油（稱為啟動加濃），才能保證一定的混合氣成分。
I號噴油泵調速器的啟動加濃作用是由啟動彈簧來實現的，如圖3所示。當柴油機停車時，啟動彈簧將供油拉桿拉到最左端，供油量達到較大的數值。柴油機啟動時，由于轉速較低，飛球離心力很小，不足以克服啟動彈簧的拉力，因此使啟動油量較大。柴油機啟動后，轉速迅速上升，飛球離心力即大于啟動彈簧拉力，使供油拉桿右移而減小供油量，啟動加濃則停止作用。
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圖3 柴油機啟動工況與停車裝置 |
（3）怠速工況：
調速手柄轉到限位塊與怠速限位螺釘相碰時，則調速彈簧放松，預緊力最小，柴油機則穩定在最低轉速下工作。調整怠速限位螺釘位置，可改變最低穩定轉速。擰進時轉速提高，反之降低。調整時應達到能使柴油機轉速較低而又能穩定運轉為佳。
（4）最高工作轉速工況：
調速手柄的限位塊與高速限位螺釘相碰時，調速彈簧受到最大壓縮而預緊力最大，柴油機處于最高轉速工況下工作。如這時外界負荷減小，轉速上升，飛球離心力將使供油拉桿向減小供油量方向移動，使柴油機輸出轉矩與負荷相平衡。如負荷全部卸去，調速器將使供油量減至最小，柴油機處于最高空轉轉速下工作。裝有調速器的柴油機，最高空轉轉速與最高工作轉速之間差距較小，一般在100～200r/min左右，因而起到防止柴油機超速運轉發生“飛車”危險的作用。
（5）超負荷工況：
工程機械、發電機組及拖拉機用的柴油機，在工作時經常會遇到短期阻力突然增大的情況。如柴油機已處于滿負荷下工作，供油量已達到最大，這時如出現超負荷情況，柴油機轉速會迅速降低而熄火。為了提高柴油機克服短期超負荷的能力，在全程式調速器中多裝有校正裝置。校正裝置可使柴油機在超負荷時增加供油量15％～20％左右。供油量增加過多會因燃燒不完全而冒黑煙，使性能惡化和積炭增多，因而是不允許的。
I號噴油泵調速器的校正裝置與工作原理如圖4所示。
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圖4 柴油機校正裝置工作原理 |
圖4（a）為無校正裝置時的情況。當柴油機超負荷時，轉速降到小于標定轉速，飛球離心力的軸向分力Fa小于調速彈簧彈力Fe，于是滑套被壓緊在油量限位螺釘凸肩上而不能繼續左移，供油量不能再增加。
圖4（b）為有校正裝置時，柴油機處于中等負荷時的情況。這時，校正彈簧8處于自由狀態，且與滑套7間還留有間隙8。
圖4（c）為柴油機在標定工況下工作時的情況。滑套剛開始與校正彈簧相接觸，間隙δ消失，而滑套與油量限位螺釘的凸肩仍有間隙Δ2，此時供油拉桿處于標定油量位置。
圖4（d）為柴油機處于超負荷工作時的情況。由于曲軸轉速下降，飛球離心力的軸向分力Fa減小。調速彈簧的彈力F。大于Fa，迫使滑套左移，開始壓縮校正彈簧。供油拉桿也相應向增加供油量方向移動少許，以克服超負荷。當滑套與油量限位螺釘凸肩相碰，校正油量達到最大。此時，校正彈簧的彈力F；和飛球的軸向分力F。兩者相加與F。相平衡。
從滑套開始壓縮校正彈簧到與凸肩相碰為止，供油拉桿所移動的距離稱為校正行程。I號噴油泵調速器的最大校正行程為1.2～1.5mm。
（6）停機：由于帶全程式調速器的噴油泵，操作員只能操縱調速彈簧的預緊力，而不能直接控制供油拉桿，因此當需要緊急停機時，必須還有專門的機構來停止供油。I號噴油泵調速器上裝有緊急停機手柄［圖2-85（b）］，供緊急停機時使用。扳動緊急停車手柄，可使供油拉桿移至最右端，噴油泵即停止供油而使柴油機熄火。
二、B型噴油泵調速器
1、調速器結構
B型強化噴油泵所用調速器的結構如圖5所示。目前4缸基本型柴油機上所用的調速器都是這種機械全程式調速器。
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圖5 柴油機B型噴油泵用全程式調速器 1-蓋帽；2-呼吸器；3-調速器前殼；4-搖桿；5-調速彈簧；6-拉桿彈簧；7-拉桿接頭；8-齒桿連接銷；9-齒桿；10-操縱軸；11-調速杠桿；12-滾輪；13-飛錘銷；14-飛錘；15-托架；16-止推軸承；17,21-滾動軸承；18-伸縮軸；19-杠桿軸；20-飛錘支架；22-調速齒輪；23-凸輪軸；24-螺母；25-彈簧；26-彈簧座；27-緩沖彈簧；28-轉速計傳動軸；29-調速器后殼；30-放油螺釘；31-螺塞；32-拉桿支承塊；33-滑輪；34-低速穩定器；35-停車手柄；36-扇形齒輪；37-低速限制螺釘；38-微量調速手輪；39-高速限制螺釘；40-螺套；41-機油 |
調速器是由裝在噴油泵凸輪軸末端的調速齒輪部件驅動。調速齒輪部件內裝有三片彈簧片，對突然改變轉速能起緩沖作用。由于提高了調速飛錘的轉速，其外形尺寸可小些。兩個重量相等的飛錘由飛錘銷裝在飛錘支架上。伸縮軸抵住調速杠桿部件中的滾輪，調速杠桿與噴油泵齒桿相連，調速彈簧的一端掛在調速杠桿上，另一端掛在調速彈簧搖桿上，擺動搖桿則可調節調速彈簧的拉力。調速器操縱手柄按柴油機用途不同有三種形式。其中微量調節操縱手柄，用于要求轉速較準確的直列式柴油機（如發電機組）。操縱機構上有高速限制螺釘，用來限制柴油機的最高轉速，即限制調速彈簧最大拉力時的手柄位置。在柴油機出廠時該螺釘已調整好，并加鉛封，用戶不得隨意變動。
調速器后殼端裝有低速穩定器，可用以調節柴油機在低轉速時的不穩定性。由于安裝地位的關系，只有在6缸直列型柴油機的調速器后殼上才設有轉速表傳動裝置接頭。調速器前殼上裝有停車手柄，當柴油機停車或需要緊急停車時，向右扳動停車手柄即可緊急停車。調速器潤滑油與噴油泵不相通，加油時，由調速器上蓋板的加油口注入，油加到從機油平面螺釘孔口有油溢出為止。
調速器工作原理：當柴油機在某一穩定工況工作時，飛錘的離心力與調速彈簧拉力及整套運轉機構的摩擦力相平衡，于是飛錘、調速杠桿及各機件間的相互位置保持不變，則噴油泵的供油量不變，柴油機在某一轉速下穩定運轉；當柴油機負荷減低時，噴油泵供油量大于柴油機的需要量，于是柴油機轉速增高，則飛錘的離心力大于調速彈簧的拉力，兩者的平衡被破壞，飛錘向外張開，使伸縮軸向右移動，從而使調速杠桿繞杠桿軸向右擺動。此時調速彈簧即被拉伸，噴油泵的調節齒桿向右移動，供油量減少，轉速降低，直至飛錘的離心力與調速彈簧的拉力再次達到平衡，這時柴油機就穩定在比負荷減少前略高的某一轉速下運轉；當柴油機負荷增加時，噴油泵供油量小于柴油機的需要量而引起轉速降低，飛錘的離心力小于調速彈簧的拉力，調速彈簧即行收縮，調速杠桿使調節齒桿向左移動，供油量增加，轉速回到飛錘的離心力與調速彈簧的拉力再次達到平衡時為止。此時柴油機穩定在比負荷增加前略低的某一轉速運轉（柴油機調速器操縱手柄位置不變，負荷變化后新的穩定運轉點的轉速取決于所用調速器的調速率，而不同型號柴油機的調速率是根據不同的使用要求確定的），若要嚴格回到原來的轉速則需調整調速器操縱手柄。
發電用的柴油機的調速器在其殼體右上方一般還裝有一塊扇形板的微調機構。當多臺柴油發電機組并聯工作時，可用此扇形板來調節柴油機調速率。調節時可旋松扇形板腰形孔上的螺母，慢慢轉動扇形板至所需調速率的位置并加以固定。
2、全制式調速器特點
（1）轉速感應組件：
感應組件由一對飛錘、飛錘銷、飛錘支架、托架、伸縮軸和止推軸承等組成。柴油機工作時，曲軸通過噴油泵凸輪軸上的齒輪帶動飛錘和飛錘支架旋轉。當柴油機轉速變化時，飛錘受離心力作用而向外張開或向內收縮，飛錘通過支架、止推軸承使伸縮軸右移或左移，并經杠桿系統傳給供油拉桿，而改變供油量。
（2）調速彈簧組件：
由調速彈簧等組成。改變手柄的位置時，搖桿隨之轉動，從而改變調速彈簧的預緊力。采用拉簧作調速器彈簧時，可將拉簧布置在飛錘上方，使調速器長度縮短。操縱手柄的兩個極限位置由高、低速限制螺釘和加以限制。
調速器后殼上還裝有低速穩定器，用以防止低速不穩。當柴油機怠速不穩時可將低速穩定器緩慢旋入，直至轉速穩定為止。裝有低速穩定器后，柴油機空載時，調速器杠桿已右移到使穩定器彈簧參與工作。但是，穩定器彈簧不能旋入過多，以免空載轉速（突然卸載后的最大轉速）過高而引起事故。
（3）杠桿機構：
由杠桿、拉桿彈簧、拉桿接頭和齒桿連接銷等組成。杠桿的支點在下端且固定不變，所以滾輪和拉桿支承塊的位移比亦不變。
除上述組件外，B型噴油泵還有轉速計傳動軸，它與噴油泵凸輪軸相連，另外，調速器還設有緊急停車裝置，操縱手柄上裝有微量調節手輪，用于轉速的微量調節。
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