Двухимпульсный регулятор угловой скорости Советский патент 1987 года по МПК G05D13/00 

Изобретение относится к машиностроению, может быть использовано для регулирования угловой скорости дизельных двигателей внутреннего сгорания и является дополнительным к изобретению по авт. св. № 516022.

Цель изобретения - повышение точности регулятора.

На фиг. 1 и 2 изображена принципиальная схема двухимпульсного регулятора угловой скорости.

Регулятор содержит механический измеритель крутяпдего момента в виде планетарного редуктора, состояпхего из ведущего звена, которьЕм является солнечная шестерня 1, соединенная с источником энергии- двигателем 2, и ведомого - водила 3, соединенного с потребителем 4. При этом остановленным звеном 5 является эпициклическая шестерня, которая сидит на подшипниках 6 и может от воздействия передаваемого крутяшего момента поворачиваться. Остановленное звено 5 шарнирно соединяется со штоком 7 гидравлического демпфера 8 и опирается на податливую опору в виде восстанавливающей пружины 9, величина затяжки которой может регулироваться гайкой 10. Звено 5 через систему рычагов, состоящую из штока 7, соединенного с двуплечим рычагом 11, который другим своим концом нодсоединен к тяге 12, соединяется с входом гидравлического блока двойного дифференцирования.

Гидравлический блок двойного дифференцирования включает узел 13 приема входных сигналов с сильфоном 14 и подвижным фланцем 15, перемещающимся в цилиндрической направляюц ей 16, жестко связанной с неподвижным фланцем 17. Закрытая полость сильфона 14 посредством гидролинии 18 сообщается с преобразователем 19 устройства. Преобразователь 19 содержит игольчатого типа дроссель 20, второй сильфон 21, связанный посредством среднего подвижного фланца 22 с первым сильфоном 23, неподвижный фланец 24, жестко соединенный с цилиндрической направляющей 25, в которой перемещается свободный подвижный фланец 26. Фланец 26 тягой 27 в средней точке соединен с основным суммирующим рычагом 28, с одним концом которого тягой 29 связан фланец 22, а с другим концом тягой 30 - средней точкой дополнительный суммирующий рычаг 31. Рычаг 31 одним концом через тягу 29 соединен с подвижным фланцем 22, а другим концом - с выходной тягой 32. Для удержания основного и дополнительного суммирующих рычагов в заданном положении и уменьп:ения влияния механического гистерезиса материала стенок сильфонов применена пружина 33. Рабочая жидкость из полости сильфона 14 поступает в полость первого сильфона 23 через игольчатый дроссель 20,

0

5

0

5

а в полость второго сильфона 21 непосредственно.

Выходное плечо дополнительного суммирующего рычага 31 тягой 32 соединяется с одним концом суммирующего рычага 34, который средней частью связан с органом 35 топливоподачи рейкой топливного насоса 36. Другим концом суммирующий рычаг 34 соединяется через тягу 37 и промежуточный рычаг 38 с центробежным регулятором 39 угловой скорости.

Центробежный регулятор включает вал 40, связанный через шестерни газораспределительного механизма с коленчатым валом двигателя. Па валу 40 жестко установлена крестовина 41 с щарнирно связанными грузами 42, и подвижная муфта 43, находящаяся в постоянном соприкосновении через упорный подшипник 44 с грузами и промежуточным рычагом 38, который нижним своим концом шарнирно соединен с корпусом центробежного регулятора 39, а верхним - с тягой 37.

Требуемый скоростной режим устанавливается с помощью рычага 45, связанного тягой 46 с механизмом настройки, включающим рычаг 47 с фиксатором, сектор 48 и неподвижный упор 49, изгу1енением затяжки восстанавливающей пружины 50, которая соединена с верхним концом основного рычага 51, связанного своим нижним концом с корпусом центробежного регулятора 39. С рычагом 45 и корпусом 52 корректора импульса по угловой скорости центробежного регулятора 39 связана пружина 53, работающая в режиме запуска двигателя. В корпусе 52 корректора установлен регулировочный винт 54, пружина 55 и подвижный упор 56, кото- г рым промежуточный рычаг 38 взаимодействует при работе двигателя на корректорном участке с основным рычаго.м 51, перемещение которого ограничивают неподвижные упоры 57 и 58, установленные в корпусе центробежного регулятора 39. Взаимодействие рычагов 38 и 51 при работе двигателя на регуляторном участке характеристики осуществляется посредством упора 59, жестко связанного с основным рычагом 51.

Величина гидравлического демпфирования в демпфере 8 изменяется посредством регулировочного дроссельного винта 60 путем перепуска жидкости из одной его плоскости в другую. Герметичность полостей в подвижных соединениях шток 7 - крыщка 61 обеспечивается уплотнениями 62. Подпружиненный узел коррекции но нагрузке включает пружину 63, направляющие 64 и регулировочную гайку 65.

Принцип действия механического двухим- пульсного регулятора угловой скорости рассмотрим па примере наиболее характерных режимов работы дизельного двигателя: установившегося, резкого (мгновенного) сброса нагрузки, резкого (мгновенного) наброса нагрузки, плавного изменения нагрузки.

0

0

5

0

5

В установившемся режиме в результате равенства развиваемого дизелем крутящего момента и момента сопротивления потребителя устанавливается определенный скоростной и нагрузочный режим его работы. При этом 5 механизм измерения угловой скорости центробежного регулятора 39 под воздействием грузов 42 занимает определенное положение и через упорный подшипник 44, муфту 43, промежуточный рычаг 38, совместно переме- даюш,ийся с уравновешенной пружиной 50 ос- 0 новной рычаг 51, тягу 37 и другой конец суммируюшего рычага 34, удерживает орган 35 топливоподачи в положении, соответствующем цикловой подаче для заданного уста- новивщегося скоростного режима.

В установившемся нагрузочном режиме развиваемый двигателем момент равняется моменту сопротивления потребителя и реактивному моменту, опрокидывающему останов ленное звено 5 планетарного редуктора. Под

перемещении, т.е. выход гидравлического устройства в данной точке кинематической цепи будет состоять из перемещения, вызванного изменением его в.ходного воздействия, и перемещения, вызванного скоростью изменения входного воздействия. Дальше выходная тяга 30 основного рычага 28, перемещаясь вправо, дополнительно переместит благодаря задержке одного конца второй конец дополнительно суммирующего рычага 31, а вместе с ним выходную тягу 32, которая через первый конец суммирующего рычага 34 резко переместит вправо орган 35 топливоподачи в положение, соответствующее цикловой подаче на новом нагрузоч- ном режиме работы двигателя.

По мере выравнивания давления рабочей жидкости в сильфонах 14, 21 и 23 средний подвижный фланец 22 и связанные с ним концы основного 28 и дополнительного 31 суммирующих рычагов переместятся воздействием последнего, остановленное зве- 20 влево, окончательно устанавливая своими но 5 поворачивается на определенный угол идругими концами через тяги 30 и 32 и первый конец суммирующего рычага 34 орган 35 топливоподачи в положение данного нагрузочного режима. Таким образом, в переходном процессе при резком сбросе нагрузки перемещение органа 35 топливоподачи складывается из трех перемещений, т.е. сигнал, действующий на него, будет состоять из перемещения, вызванного изменением входного воздействия (перемещения остановленного звена 5 и связанного с ним фланца 15 и уменьшения вследствие этого давления в сильфоне 14), перемещения, вызванного скоростью изменения входного воздействия (перемещения фланца 22 и дополнительного увеличения вследствие этого перемещения тяги 30), и перемещения, вызванного ускорением изменения входного воздействия перемещения фланца 22 и дополнительного увеличения вследствие этого перемещения выходной тяги 32). При этом, чем резче сброс нагрузки, тем больше по величине будет второе и третье перемещение вследствие большего от этого перепада давлений в сильфонах 21 и 23, т.е. больше будет эффект воздействия на орган 35 топливоподачи регулирующих импульсов, пропорциональных скорости и ускорению изменения нагрузки.

25

удерживается в таком положении с помощью пружины 9. При этом через щток 7 рычаг 11, тягу 12, фланец 15 и дальше фланцы 22 и 26, установленные в определенном положении в результате действия проходящего через гидравлическое дифференцирующее устройство сигнала тяги 27 и 29, основной суммирующий рычаг 28, тяги 29 и 30, дополнительный суммирующий рычаг 31, тягу 32 и первый конец суммирующего рычага 34 остановлен- о ное звено 5 удерживает орган 35 топливоподачи в положении, соответствующем цикловой подаче установивщегося нагрузочного режима.

При резком сбросе нагрузки крутящий момент исчезает, и остановленное звено 5 под воздействием восстанавливающей пружины 9 поворачивается и через щток 7, рычаг 11 и тягу 12 перемещает подвижный фланец 15 вправо, образуя в сильфо- не 14 разрежение, которое через гидролинию 18 передается в первый 23 и второй 21 40 сильфопы преобразователя 19. Однако поскольку полость сильфона 23 сообщена с полостью сильфона 14 через дросселирующее отверстие, давление в нем будет падать менее интенсивно по сравнению с давлением

45

35

вый конец суммирующего рычага 34 орган 35 топливоподачи в положение данного нагрузочного режима. Таким образом, в переходном процессе при резком сбросе нагрузки перемещение органа 35 топливоподачи складывается из трех перемещений, т.е. сигнал, действующий на него, будет состоять из перемещения, вызванного изменением входного воздействия (перемещения останов ленного звена 5 и связанного с ним фланца 15 и уменьшения вследствие этого давления в сильфоне 14), перемещения, вызванного скоростью изменения входного воздействия (перемещения фланца 22 и дополнительного увеличения вследствие этого перемещения тяги 30), и перемещения, вызванного ускорением изменения входного воздействия перемещения фланца 22 и дополнительного увеличения вследствие этого перемещения выходной тяги 32). При этом, чем резче сброс нагрузки, тем больше по величине будет второе и третье перемещение вследствие большего от этого перепада давлений в сильфонах 21 и 23, т.е. больше будет эффект воздействия на орган 35 топливоподачи регулирующих импульсов, пропорциональных скорости и ускорению изменения нагрузки.

в сильфоне 21, полость которого сообще- По мере установления нагрузки и в результана с полостью сильфона 14 непосредственно. При этом перемещение среднего подвижного фланца 22 значительно замедлится и одновременно замедлится движение концов, связанных тягой 29 с фланцем 22, основного 28 и дополнительного 31 суммирующих рычагов, создавая дополнительные перемещения их другим концом. Подвижный свободный фланец 26 сильфона 21, соединенный тягой 27 с основным суммите выравнивания давлений рабочей жидкости во всех сильфонах эти перемещения исчезают.

Благодаря компенсации изменившейся на 50 грузки одиовременно опережающими тремя регулирующими импульсами отклонение угловой скорости будет незначительным. При этом механизм измерения угловой скорости центробежного регулятора 39 от действия незначительного ее заброса через грузы 42,

рующим рычагом 28 в его средн ей части, 55 упорный подшипник 44, муфту 43, проме- будет перемещаться вправо и тем самымжуточный рычаг 39, тягу 37 и другой конец суммирующего рычага 34 также переместит орган 35 топливоподачи в сторону уменьдополнительно переместит его входную тягу 30. В результате будет сложение двух

По мере выравнивания давления рабочей жидкости в сильфонах 14, 21 и 23 средний подвижный фланец 22 и связанные с ним концы основного 28 и дополнительного 31 суммирующих рычагов переместятся 0 влево, окончательно устанавливая своими другими концами через тяги 30 и 32 и пер5

о

0

5

5

вый конец суммирующего рычага 34 орган 35 топливоподачи в положение данного нагрузочного режима. Таким образом, в переходном процессе при резком сбросе нагрузки перемещение органа 35 топливоподачи складывается из трех перемещений, т.е. сигнал, действующий на него, будет состоять из перемещения, вызванного изменением входного воздействия (перемещения остановленного звена 5 и связанного с ним фланца 15 и уменьшения вследствие этого давления в сильфоне 14), перемещения, вызванного скоростью изменения входного воздействия (перемещения фланца 22 и дополнительного увеличения вследствие этого перемещения тяги 30), и перемещения, вызванного ускорением изменения входного воздействия перемещения фланца 22 и дополнительного увеличения вследствие этого перемещения выходной тяги 32). При этом, чем резче сброс нагрузки, тем больше по величине будет второе и третье перемещение вследствие большего от этого перепада давлений в сильфонах 21 и 23, т.е. больше будет эффект воздействия на орган 35 топливоподачи регулирующих импульсов, пропорциональных скорости и ускорению изменения нагрузки.

По мере установления нагрузки и в результате выравнивания давлений рабочей жидкости во всех сильфонах эти перемещения исчезают.

Благодаря компенсации изменившейся на 50 грузки одиовременно опережающими тремя регулирующими импульсами отклонение угловой скорости будет незначительным. При этом механизм измерения угловой скорости центробежного регулятора 39 от действия незначительного ее заброса через грузы 42,

55 упорный подшипник 44, муфту 43, проме- жуточный рычаг 39, тягу 37 и другой кошения цикловой подачи, а следовательно, и уменьшения заброса угловой скорости. Однако по мере становления начального скоростного режима центробежный регулятор 39 а вместе с ним орган 35 топливоподачи, возвратится в положение цикловой подачи, соответствующее той угловой скорости, которую развивал двигатель до изменения нагрузки.

Таким образом, в этом режиме работы регулятора орган топливоподачи перемещается под действием им 1ульса, пропорционального изменению угловой скорости, и трех импульсов - пропорционального изменению нагрузки, скорости и ускорению изменения нагрузки. Этим обеспечиваются при астатическом регулировании его высокие динамические показатели.

В случае резкого наброса нагрузки па дизельный двигатель мо.мент сопротивления резко возрастает и остановленное звено 5 под воздействием резко увеличивающегося реактивного момента, преодолевая усилие восстанавливающей пружины 9, поворачивается и через шток 7, рычаг 11 и тягу 12 перемещает подвижный фланец 15 влево, образуя в сильфоне 14 повышенное давление, которое через гидролинию 18 передается в первый 23 и второй 21 сильфоны преобразователя 19. Однако из-за наличия дросселя 20 давление в сильфоне 23 преобразователя 19 будет нарастать медленнее чем в сильфоне 21. В результате перемещение среднего подвижного фланца 22 замедлится и одновременно замедлится движение концов, связанных тягой с ним, основного 28 и дополнительного 31 суммирующих рычагов, создавая дополнительные перемещения их другим концом. Подвижный фланец 26, соединенный тягой 27 в средней части с суммирующим рычагом 28, будет перемещаться влево и тем самым дополнительно переместит влево его выходпую тягу 30, т.е. ее перемещение будет состоять из двух перемещений - из перемещения, вызванного изменением входного и гидравлическое устройство воздействия, и перемещения, вызванного скоростью изменения входного воздействия. Дальше тяга 30, перемещаясь влево, дополнительно переместит, благодаря задержке одного конца, второй конец рычагам 31 и тягу 32, которая через первый конец суммирующего рычага 34 резко переместит орган топливоподачи 35 влево - в сторону увеличения цикловой подачи топлива для компенсации увеличивающейся нагрузки.

По мере выравнивания давления рабочей жидкости в сильфонах 14, 21 и 23 подвижный фланец 22 и связанные с ним концы суммирующих рычагов 28 и 31 переместятся вправо,окончательно устанавливая своими другими концами через тяги 30 и 32 и первый конец суммирующего рычага 34 орган 35 топливоподачи в положении цикловой подачи, соответствующей увеличенной

5

5

0

5

0

5

нагрузке па двигатель и постоянной угловой скорости, равной той величине, которую развивал двигатель до наброса нагрузки. Таким образом, в данном переходном процессе при резком пабросе нагрузки перемещение органа 35 топливоподачи также складывается из трех перемещений, т.е. сигнал действующий на него, состоит из перемещения, вызванного изменением входного воздействия (перемещения остановленного

звена 5 и связанного с ним фланца 15 и увеличения вследствие этого давления в сильфоне 14), перемещения, вызванного скоростью изменения входного воздействия (перемещения фланца 22 и дополнительного увеличения вследствие этого перемещения тяги 30), и перемещения, вызванного ускорением изменения входного воздействия (перемещения фланца 22 и дополнительного увеличения вследствие этого перемещения выходной тяги 32). При этом чем резче бу0 дет наброс нагрузки, тем больше по величине будут составляющие величины второго и третьего перемещения вследствие большего от этого перепада давлений в сильфонах 21 и 23 преобразователя, т.е. больше будет эффект воздействия на орган 35 топливоподачи регулирующих импульсов, пропорциональных скорости и ускорению изменения нагрузки. В установившейся нагрузке в результате выравнивания давлений рабочей жидкое ти во всех сильфонах эти перемещения также исчезают.

При незначительном провале угловой скорости, обусловленной недокомпенсацией резко увеличенной нагрузки, центробежный регулятор 39 через грузы 42, упорный подшипник 44, муфту 43, промежуточный рычаг 39, тягу 37 и другой конец суммирующего рычага 34 также переместит орган 35 топливоподачи в сторону увеличения цикловой подачи, а следовательно, и уменьшения провала угловой скорости. Однако noc;ie становления начального скоростного режима центробежный регулятор 39 и связанный с ним орган 35 топливоподачи возвратятся в положение той цикловой подачи, при которой двигатель будет развивать угловую скорость, имевшуюся еще до наброса нагрузки.

Итак, при резком набросе нагрузки, как и при сбросе, орган топливоподачи перемещается под действием четырех импульсов: первого, пропорционального изменению угловой скорости, второго, пропорционально0 го изменению нагрузки, третьего, пропорционального скорости изменения нагрузки, и четвертого, пропорционального ускорению из менения нагрузки.

В случае плавного изменения нагрузки момент сопротивления будет изменяться мед5 ленно, и остановленное звено 5 под воздействием плавно увеличивающегося реактивного момента, преодолевая усилие восстанавливающей пружины 9, медленно поворачивается и через шток 7, рычаг 11 и тягу 12 плавно перемещает подвижный фланец 15 влево, увеличивая давление рабочей жидкости в сильфоне 14, которое через гидролинию 18 одинаково передается в первый 23 и второй 21 сильфоны преобразователя 19. Тогда скорости перемещения подвижных фланцев 22 и 26 будут одинаковы, в результате связанные с ними основной 28 и дополнительный 31 суммирующие рычаги будут перемещаться влево, находясь в вертикальном положении, и через тягу 32, первый конец суммирующего рычага 34 плавно переместят орган 35 топливоподачи в сторону увеличения цикловой подачи топлива (влево). В данном случае перемещение органа 35 будет пропорционально только одному регулирующему импульсу - по изменению нагрузки, так как регулирующий импульс по изменению угловой скорости отсутствует из-за ее постоянного значения. В установивщемся режиме орган 35 будет находиться в положении цикловой подачи, соответствующей новому нагрузочному режиму с сохранением прежнего значения угловой скорости двигатели.

В случае работы дизельного двигателя на корректорной ветви его скоростной характеристики и при увеличении нагрузки свыше ее номинального значения в работу включается корректор по скоростному импульсу, подвижный упор 56 которого под действием пружины 55 позволяет несколько увеличить подачу топлива и следовательно повысить этим крутящий момент. Однако в связи с тем, что суммирующий рычаг 34 в верхней части связан тягой 32 с механизмом регулирования по нагрузке, перемещение органа топливоподачи будет умень- щаться. Увеличить при этом перемещение суммирующего рычага 34 и тем самым органа 35 топливоподачи позволяет коррек0

торная пружина 63, которая работает только при моменте сопротивления, превышающем номинальный момент двигате.тя. В результате этого остановленное звено 5 поворачивается дополнительно, преодолев усилие пружин 9 и 63 и тем самым обеспечив необходимое увеличение перемещения органа 35 топливоподачи насоса 36.

Использование двухимпульсного регулятора угловой скорости позволяет повысить точность поддержания заданного скоростного режима двигателя в условиях переменных нагрузок его работы, что дает возможность уменьшить расход топлива из-за уменьшения забросов и провалов угловой

5 скорости в переходных режимах работы, повысить качество вырабатываемой им энергии для потребителей и, следовательно, качество выполнения технологических процессов, улучшить условия работы для самого двигателя (улучщится уравновешивание, уменьшатся

0 динамические нагрузки и др.) и для обслуживающего персонала (уменьщится шум, вибрация и т.д.), а также уменьшится количество выбрасываемых токсичных газов в окружающую среду за счет повышенного

5 быстродействия регулирующего органа топливоподачи и в связи с этим сравнительно лучшим протеканием рабочего процесса двигателя в переходном режиме.

Формула изобретения

Двухимпульсный регулятор угловой скорости по авт. св. № 516022, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулятора, в нем установлен гидравлический блок двойного дифференцирова- ния, вход которого соединен через шток демпфера с остановленным звеном планетарного редуктора, выход соединен с основным суммирующим рычагом.

Фиг

63

Шигг

Составитель В. Скибенко

Редактор В. ДанкоТехред И. ВересКорректор С. Черни

Заказ 3802/41Тираж 863Подписное

ВНИИПИ Государствениого комитета СССР по де.пам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к области машиностроения, может быть использовано для регулирования угловой скорости дизельных двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения - повышение точности регулятора. Использование двухимпульсного регулятора угловой скорости позволяет повысить точность поддержания заданного скоростного режима двигателя в условиях переменных нагрузок его работы, что дает возможность уменьшить расход топлива из-за уменьшения забросов и провалов угловой скорости в переходных режимах работы, повысить качество вырабатываемой ими энергии для потребителей и, следовательно, качество выполнения технологических процессов, улучшить условия работы самого двигателя, а также уменьшить количество выбрасываемых токсичных газов в окружаюидую среду за счет повышенного быстродействия регулирующего органа топлнвоподачи. 2 ил. со оо СП ;о N 4