Розробка і дослідження однорежимного регулятора швидкості для транспортного дизеля

Гутаревич Ю.Ф., Говорун А.Г., Добровольський О.С. Національний транспортний університет

У дизелях машин різного призначення можуть використовуватись різні типи регуляторів: всережимні, одно- або двохрежимні, комбіновані. На сільськогосподарських машинах традиційно використовуються всережимні регулятори, оскільки при виконанні сільськогосподарських робіт забезпечення заданої постійної швидкості руху машини повинно здійснюватись з достатньо високою точністю, що забезпечується тільки при всережимному регулюванні дизеля. При цьому дизель, в основному, працює на часткових швидкісних режимах. Останнім часом у сільському господарстві широкого впровадження набули колісні трактори, які використовуються приблизно однаково за часом на польових та транспортних роботах. При виконанні транспортних робіт на цих тракторах доцільно використовувати однорежимне регулювання.

Всережимні регулятори застосовувались значно раніше в порівнянні з однорежимними і до недавнього часу на автомобілях встановлювалися лише всережимні регулятори.

При однорежимному регулюванні швидкості дизеля регулятор обмежує тільки максимальну частоту дизеля. На всіх інших режимах забезпечується робота дизеля при безпосередньому управлінні з боку оператора, при цьому має місце поступове зменшення крутного моменту дизеля зі збільшенням частоти обертання в часткових режимах. Завдяки останньому забезпечується: а) стійка робота дизеля на всіх режимах, в тому числі і в режимі мінімального холостого ходу; б) покращення тягових властивостей дизеля на часткових навантаженнях; в) значне зменшення «закидів» рейки паливного насосу під час розгону дизеля як під навантаженням, так і в режимі холостого ходу, а також при різких змінах навантаження, завдяки чому зменшується димність дизеля під час перехідних режимів і знижується експлуатаційна витрата палива.

Такий регулятор з успіхом може застосовуватися також і на дизелях вантажних автомобілів [1].

Пропозиції щодо застосування однорежимних регуляторів з'явилися в 60-х роках минулого століття [2].

Мета роботи. Створення і оцінка експериментального зразка однорежимного регулятора.

Матеріал і результати дослідження. На рис. 1 наведена кінематична схема макетного зразка однорежимного регулятора, який розроблено на базі всережимного регулятора паливного насоса 4УТНМ.

При цьому даний регулятор можна переобладнувати на всережимний.

Регулятор складається з чутливого елемента 1, зв'язаного через муфту 2, з упором 3 двоплечого проміжного важеля 4 і тяги 5 з органом дозування палива 6. Регулятор обладнаний пружиною пускового збагачувача 7, пружиною регулятора 8 і двома пружинами коректора 9 (основна) і 10 (додаткова), важелем керування 11. Регулятор установлено на вісі 12, шарнірно з'єднаний з пружиною регулятора 8 і штоком 13, що входить у втулку 14 з фіксатором 15, з'єднаний з сергою 16, остання шарнірно з'єднана з основним важелем 17 регулятора. Основний важіль 17 зв'язаний з проміжним важелем 4, обмежувачем 18 максимальної пускової подачі. У корпусі регулятора встановлено обмежувач 19 номінальної подачі і обмежувач 20 максимального ходу основного важеля 17, у корпусі коректора 21 подачі палива встановлено шток 22 з фіксатором 23, фіксатор 23 розміщується в пазах 24 чи 25 футорки 26, у корпусі регулятора встановлено упор 27 максимальної частоти обертання двигуна і упор 28 максимальної подачі палива при частоті обертання вала двигуна, що відповідає максимальному крутному моменту.

Головна пружина регулятора працює на розтяг, а обидві пружини коректора - на стиснення.

Регулятор працює наступним чином.

При всережимному регулюванні видаляється фіксатор 15, у результаті шток 13 вільно переміщується у втулці 14, тобто пружина регулятора може розтягуватися на будь-яку величину, що відповідає заданому швидкісному режиму роботи двигуна. Пружини 9 і 10 коректора подачі палива попередньо натягуються на необхідну величину, для цього шток 23 коректора зміщується ліворуч (згідно рис.1), виводиться із довгих пазів 25 і встановлюється в короткі пази 24. Регулятор працює як звичайний штатний всережимний регулятор.

При однорежимному регулюванні пружина регулятора 8 за допомогою важеля 11 розтягується на величину, що відповідає номінальному режиму, для чого важіль 11 переміщується до упора 27. У втулку 14 встановлюється фіксатор 15. В результаті розтягнута пружина 8, шток 13, втулка 14 і основний важіль 17 регулятора переміщуються як одне ціле. Фіксатор 23 штока 22 коректора подачі палива встановлюється в довгі пази 25 футорки 26, цим самим забезпечується вільне переміщення штока 22 у корпусі 21 коректора подачі палива. Перед запуском двигуна видаляється упор 28, який обмежує переміщення проміжного важеля. Після пуску двигуна і збільшення частоти його обертання, відцентрова сила чутливого елемента 1 зростає. Коли вона перевищить силу попередньо натягнутої пружини 7 пускового збагачувача, проміжний важіль 5 разом з органом дозування палива 6 і коректором 21 подачі палива переміщуються праворуч у межах ходу «с», що відповідає пусковій подачі палива. Після цього, упор 28 примусово переміщується праворуч у положення, що відповідає цикловій подачі при максимальному крутному моменту, при положенні важеля 11 на упорі 27 шток 22 торкається важеля 17 регулятора і переміщується ліворуч, стискаючи пружини 9 і 10. По мірі збільшення частоти обертання вала двигуна, відцентрова сила чутливих елементів 1 зростає, і, коли вона перевищить силу попередньо натягнутих коректорних пружин 9 і 10, важіль 4 повертається, переміщуючи орган дозування палива 6 у бік зменшення подачі. При цьому формується коректорна дільниця «А» швидкісної зовнішньої характеристики (рис. 2). Подальше збільшення відцентрової сили призводить до розтягування пружини регулятора 8 і формування зовнішньої регуляторної характеристики (дільниця «В», рис. 2).

Рисунок 1 - Кінематична схема однорежимного регулятора

Рисунок 2 - Швидкісна характеристика паливного насоса з однорежимним регулятором

Для переходу на часткові швидкісні характеристики, важіль керування 11 повертається за годинниковою стрілкою, в результаті основний важіль регулятора 17 також повертається за годинниковою стрілкою і в межах ходу «в». При зменшенні натягу пружин 9 і 10 коректора, зі збільшенням частоти обертання формується одна із часткових характеристик E, F, G, H (рис. 2) залежно від положення важеля 27. Формування безрегуляторної характеристики «С» (рис. 2) забезпечує обмежувач ходу 28 проміжного важеля 4. Нахил часткових характеристик на дільниці роботи регулятора від n_м до n_н формується сумарною жорсткістю двох пружин коректора 9 і 10, на дільниці n_{хх min} до n_м - жорсткістю однієї пружини 10.

При досягненні номінальної частоти обертання корегуючі пружини 9 і 10 вимикаються. Шток 22 коректора повністю входить в корпус і починає розтягуватися пружина 8 регулятора. В результаті, формуються часткові регуляторні вітки В₁, В₂, В₃ (рис. 2)_.

На швидкісній характеристиці паливоподачі паливного насоса з однорежимним регулятором, яка показана на рис 2, виділено 3 ділянки:

І - ділянка від n_пуск до n_м, що відповідає максимальному крутному моменту. На цій ділянці часткові швидкісні характеристики формуються під дією основної пружини коректора;

ІІ - ділянка від n_м до n_н. Формування зовнішньої і часткових швидкісних характеристик здійснюється корегуючими пружинами;

ІІІ - ділянка від n_н до n_пуск. На цій ділянці працює основна пружина регулятора.

При переобладнанні всережимного регулятора в однорежимний розміри основних деталей залишаються такими ж, як і в серійному регуляторі, при цьому змінюється тільки розміри корегуючих пружин.

Об'єктом експериментальних досліджень першого етапу був паливний насос 4УТНМ зі штатним всережимним регулятором частоти обертання, на другому - однорежимний регулятор частоти обертання двигуна.

При дослідженні паливного насоса на безмоторному стенді використовувались стендові форсунки VN 765460 з 5-дирчастими розпилювачами. Початок підйому голки форсунки було відрегульовано на тиск 175±5 кг/см². Безмоторні дослідження виконувались на стенді Motorpal NC-104, який призначений для випробування і регулювання паливної апаратури.

На рис. 3 показані швидкісні характеристики паливного насоса 4УТНМ зі штатним всережимним регулятором.

Рисунок 3 - Швидкісні характеристики паливного насоса 4УТНМ з регуляторними гілками: (1 - зовнішня швидкісна характеристика; 2, 3, 4 - часткові швидкісні характеристики)

З характеристик видно, що зі зменшенням частоти обертання кулачкового вала паливного насоса коефіцієнт корекції подачі палива за зовнішньою безрегуляторною (коректорною) характеристикою дорівнює 1,38, максимальна подача палива досягається при n_н, наближено, 400хв^-1, що є вкрай небажаним, оскільки це призведе до підвищеного димлення дизеля при його роботі з надмірним навантаженням. Часткові регуляторні гілки характеристики не виходять на зовнішню швидкісну характеристику, що теж є небажаним, оскільки потребує частіше змінювати настройку регулятора. Швидкісні характеристики паливного насоса 4УТНМ з однорежимним регулятором показані на рис. 4.

Аналіз характеристик показує, що коефіцієнт корекції подачі палива за зовнішньою (коректорною) швидкісною характеристикою дорівнює 1,16, а максимальна подача палива, наближено, має місце при n_н = 700 хв^-1, що відповідає технічним умовам на двигун Д-243, часткові швидкісні характеристики зі зменшенням частоти обертання кулачкового вала насоса повільно зростають.

При малих подачах палива і n_н менше 500 хв^-1, починає знижуватися циклова подача палива, що може вплинути на стійкість роботи двигуна в режимі мінімальної частоти холостого ходу. Але це потребує перевірки роботи насоса на дизелі, яка буде виконана при подальших дослідженнях.

Рисунок 4 - Швидкісні характеристики паливного насоса 4УТНМ з однорежимним регулятором (1 - зовнішня швидкісна характеристика; 2, 3, 4, 5 - часткові швидкісні характеристики )

однорежимний швидкість насос паливо

У цілому, з точки зору формування швидкісних характеристик паливоподачі, результати проведених безмоторних досліджень підтвердили роботоздатність діючої моделі однорежимного регулятора паливного насоса 4УТНМ.

Запропоновані схема і конструкція однорежимного регулятора можуть бути перспективними для застосування на автотракторних дизелях для зниження експлуатаційних витрат палива. Разом з тим необхідно продовжити теоретичні і розрахунково-експериментальні дослідження з метою оптимізації параметрів регулятора.

Література

А.с. 909253 СССР, МКИ 02Д1/10. Всережимный регулятор частоты вращения для двигателей внутреннего сгорания // Е.И. Блаженов, В.Р. Лаптев /СССР/. -2923668/25-06, Заяв. 14.05.80, Опубл. 28.02.82, Бюл 8.-8 с.

Долганов К.Е, Гутаревич Ю.Ф., Шукшин Н.П., Кислов В.Г. Однорежимная гидравлическая система регулирования транспортного дизеля. Труды ЦНИТА. - Л., 1970. Вып. 44, -С. 45-50.

Размещено на Allbest.ru