Двухимпульсный регулятор угловой скорости Советский патент 1989 года по МПК G05D13/02 

1

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано преимущественно для первичных двигателей внутреннего сгорания,(например, дизелей), турбин, приводящих строительные, мелиоративные, подъем- ,но-транспортные, сельскохозяйственные и другие машины, имеющих силовой трансмиссионньй привод и предъявляющих повышенные требования к поддержанию заданного скоростного режима в условиях переменных нагрузок работы, с целью повьппения качества выполнения ими технологических процессов, производительности, а также обеспечения высоких выходных параметров (эффективной мощности, расхода топлива и т.д.) самих двигателей.

Цель изобретения - поБьш1ение точности регулятора.

На фиг.1 показана принципиальная схема двухимпульсного регулятора угловой скорости; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1,

Двухимпульсный регулятор угловой скорости состоит из соединительного звена (измерителя нагрузки), выполненного в виде гидромеханического соединительного устройства, последовательно включенного в силовой привод рабочего оборудования машины первая втулка с фланцем 1 которого жестко связана с входным валом 2 и зафиксирована гайкой 3. На первой втулке с фланцем 1 через 120° жестко при помощи винтов 4 и планок 5 зщемлены три гибких тяги (тросы) 6. Другими концами гибкие тяги 6 аналогичным образом соединены с второй втулкой с фланцем 7. Отверстия выходных тяг обоих частей закруглены, что исключает резкие перегибы и

значительно увеличивает их долговечность.

Вторая втулка.7 продольными выступами через шарики 8 соединена с выходным валом 9, в боковой расточке 10 которого установлены шарики, а в осевой расточке 11 - гидравлический демпфер 12, шток 13 которого проходит через вставку,установленную посредством резьбового со- ( единения в выходном валу 9j и жестко связан с второй втулкой 7 планкой, проходящей через диаметральный паз выходного вала 9. Рабочая жидкость из одной полости гидравлического демпфера в другую перетекает через отверстия, имеющиеся в поршне 14 гидравлического демпфера 12. Утечка жидкости в подвижном соединении шток - вставка и в неподвижном соединении вставка-.вал предотвращается уплотнениями.

Через упорный подшипник 15 и седло 16 на вторую втулку 7 воздействует пружина 17, другой конец которой упирается в седло 18 с регулируемой гайкой 19. С противоположной стороны на вторую втулку 7 через упорный подшипник 20 и диск 21 воздействует пружина 22. Диск 21 посредством шарнира 23 связан с одним концом рычага 24 элемента съема нагрузки. Другой конец рычага 24 связан с входом гидравлической передачи, выполненной в виде тяги 25, шар- нирно соединенной с подвижным фланцем 26 приемного сильфона 27, который перемещается в неподвижной направляющей 28, связанной с неподвижньм фланцем 29. Полость приемного сильфона 27 гидролинией 30 сообщается с полостью исполнительного сильфона 31. Сильфон 31 с одной стороны

3 u

соединен с Р1еподвижным (lirraiiucM 32, жестко связанным с неподпижной направляющей 33, в KOTopoii iiope.MfMna- ется подвижный фланец 34, соединенный с другой стороной сильфона 31. Для устранения гистерезиса материала стенок сильфона 31 между фланцем 34 и упором 35 установлена возвратная пружина 36,

Подвижный фланец 3 тягой 37 шар нирно соединяется с одним концом су мирующего рычага 38, который средней частью связан с рейкой 39 топливного насоса 40, а другим концом посредством тяги 41 - с выходом центробежного регулятора угловой скорости.

Центробежный регулятор угловой скорости включает в себя вал 42, св занный через шестерни газораспределительного механизма с коленчатым валом дизеля. На валу 42 жестко посажена крестовина 43 с шарнирно установленными грузами 44 и подвижная муфта 45, находящаяся в постоянном соприкосновении с одной стороны через упорный подшипник 46 с гр зами 44, а с другой стороны - с промежуточным рычагом 47, который нижним концом шарнирно соединен с корпусом регулятора, а верхним концом с тягой 41.

Необходимый скоростной режим устанавливается с помощью рычага 48, связанного тягой 49 с механизмом настройки, включающим рычаг 50 с фиксатором, сектор 51 и неподвижный упор 52, изменением затяжки восстанавливающей пружины 53, которая свя- зана с верхним концом основного рычга 54, нижний конец которого соединен с корпусом регулятора. С рычагом 48 и корпусом 55 корректора импульса по угловой скорости центробежного регулятора связана пружина 56, работающая в режиме запуска двигателяо В корпусе 55 корректора установлен регулировочный винт 57, пружина 58 и подвижный упор 59,которым промежуточный рычаг 47 взаимодействует при работе двигателя на корректорном участке характеристики с основным рычагом 54, перемещение которого ограничивают неподвижные упоры 60 и 61, связанные с корпусом регулятора.. Взаимодействие рычагов 47 и 54 при работе двигателя на регуляторном участке характери

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

стики осущести.чяется пос.редством упора 62, хсестко связанного с основным рычагом 54.

Принцип действия двухимиульсного регулятора угловой скорости рассмот- РИМ на примере наиболее характерных режимов работы дизельного двигателя: установившегося; резкого (мгновенного) сброса нагрузки; резкого (мгновенного) наброса нагрузки; плавного изменения нагрузки.

В установившемся режиме в результате равенства развиваемого дизелем крутящего момента и момента сопротивления рабочего оборудования потребителя энергии устанавливается определенный скоростной и нагрузочный режимы его работы. При этом грузы 44 центробежного регулятора занимают определенное положение и через упорный подшипник 46, муфту 45, промежуточньш рычаг 47,тягу 41 и нижний конец суммирующего рычаг.а ЗВ удерживает рейку 39 топливного насоса 40 в положении цикловой подачи топлива, соответствующей заданному установившемуся скоростному режиму. С другой стороны, данному скоростному режиму соответствует определенный нагрузочный режим, обусловленный сопротивлением рабочего оборудования машины. Поэтому в определенном установившемся режиме вторая втулка 7 благодаря гибкости соединительных тяг 6,получает угловое смещение относительно первой втулки 1 , в результате чего расстояние между ними уменьшается, и вторая втулка 7, преодолев сопротивление пружины 17 (дизель в рассматриваемом случае работает на регуляторном участке скоростной характеристики), смещается вправо. Под действием пружины 22 вместе с второй втулкой -7 смещается вправо диск 21 с нижним концом рычага 24. При этом верхний конец рычага 24, смещаясь влево, через тягу 25 воздействует на по- движньш фланец 26 приемного сильфона 27 и создает в нем давление, которое гидролинией : 30 передается в ис- полнительньш сильфон 31, повышая в нем давление. В результате подвижный фланец 34, преодолев сопротивление возвратной пружины 36, перемещается влево и через тягу 37 и верхний конец суммирующего рычага 38 удерживает рейку 32 топливного

насоса 33 в положении цикловой подачи топлива, соответствующей данному установившемуся нагрузочному режиму.

В случае резкого сброса нагрузки крутящий момент в соединительном звене резко исчезает и вторая втулка 7 под действием возвратной пружины 17 через упорный подшипник 20 и находящийся под воздействием пружины 22 диск 21 перемещает шарнир 23, а вместе с ним вилку 24 и тягу 25 в обратном направлении, образуя в сильфоне 27 разрежение, которое гидролинией 30 передается в исполнительный сильфон 31. В результате подвижный фланец 34 под воздействием возвратной пружины 36, через тягу 37 и верхний конец суммирующего рычага 38 перемещает рейку 39 топливного насоса 40 в сторону уменьшения цикловой подачи топлива и удерживает ее в положении, соответствующем величине цикловой подачи на новом установившемся нагрузочно режиме. С другой стороны, по мере резкого сброса нагрузки угловая скорость дизеля в силу инерционности его и связанных с ним подвижных деталей приводимой машины не успевает измениться, в некоторый начальный период сохраняется прежней. Поэтому грузы 44 центробежного регулятора угловой скорости, не изменяя своего положения, через упорный подшипник 46, муфту 45, промежуточный рычаг 47 и тягу 41 удерживают нижний конец суммирующего рычага 38 в течение некоторого сравнительно малого момента времени в положении,соответствующем прежней угловой скорости. Однако этого времени недостаточно для регулирующего импульса по изменению нагрузки в виде перемещения тяги 37, чтобы через верхний конец суммирующего рычага 38 переместить рейку 39 топливного насоса 40 в сторону уменьшения цикловой подачи на такую величину, при которой угловая скорость дизеля после сброса нагрузки сохранится прежней Таким образом, в этом режиме работы дизеля рейка топливного насоса перемещается под действием регулирующего импульса, пропорционального изменению нагрузки, обеспечивая заданную угловую скорость, а регулиру юиц1й 1смпульс по угло вой скорости

только поддерживает устойчивость режима.

При резком набросе нагрузки крутящий момент в соединительном устройстве, а следовательно, на второй втулке 7 резко возникает. Тогда вторая втулка 7 под воздействием резко возникшего момента несколько

затормозится и благодаря гибкости соединительных тяг 6 и податливости пружины 17 между ней и первой втулкой 1 возникает угловое смещение, пропорциональное приложенной

внешней нагрузке. В результате этого расстояние между ними уменьшается и вторая втулка 7 под действием пружины 22 через упорный подшипник 20 резко перемещается через диск 21,

рычаг 24 и тягу 25 подвижный фланец 26 в. сторону сжатия приемного силь фона 27, повьш1ая в нем давление рабочей жидкости, которое по гидролинии 30 передается в исполнительный

сильфон 31. Из-за повьш1ения давления в сильфоне 31 его подвижный фланец 34, преодолев усилие возвратной пружины 36, через тягу 37 и верхний конец суммирующего рычага 38

перемещает рейку 39 топливного насоса 40 в сторону увеличения цикловой подачи топлива и удерживает ее в положении, соответствующем величине цикловой подачи на новом установившемся (увеличенном) нагрузочном режиме.

При набросе, как и при сбросе нагрузки, по мере резкого увеличения крутящего момента угловая скорость

дизеля в силу инерционности также не успевает измениться и в некоторый начальный период соответствует той, какой она была до изменения нагрузки. В силу этого грузы 44 центробежного регулятора, не изменяя своего положения, через упорный подшипник 46 муфту 45, промежуточный рычаг 47, тягу 41 удерживают нижний конец суммирующего рычага 38 в течение некоторого сравнительно малого момента времени в положении, соответствующем прежней угловой скорости дизеля. Однако этого времени также достаточно для регулирующего

импульса по нагрузке в виде перемещения тяги 37, чтобы, воздействуя через верхний конец суммирующего рычага 38, переместить рейку 39 топливного насоса 40 в сторону увели7

чения цикловой подачи на такую величину, которая соответствовала бы прежней угловой скорости дизеля, но уже при новой увеличенной нагрузке.

Таким образом,в режиме резкого наброса нагрузки, как и при резком ее сбросе, рейка топливного насоса также перемещается под действием регулирующего импульса, пропорционального изменению нагрузки, обеспечивая этим заданную угловую скорост а регулирующий импульс по угловой скорости при этом только поддерживает устойчивость режима,

В случае плавного изменения (увеличения) нагрузки крутящий момент, проходящий через соединительное звено, а следовательно, и момент, задерживающий вторую втулку 7, изменяется медленно. При этом благодаря гибкости соединительных тяг 6 и податливости пружины 17 вторая втулка 7 под воздействием медленно изменяющего момента медленно перемещается вправо, одновременно перемещая под действием пружины 22 диск 21. В результате диск 21 через рычаг 24 и тягу 25 перемещает подвижный фланец 26 в сторону сжатия приемного сильфона 27, медленно повышая в нем давление рабочей жидкости, которое по гидролинии 30 передается в исполнительный сильфон 31. Под воздействием повышающего давления в исполнительном сильфоне 31 его подвижный фланец 34, преодолевая усилие возвратной пружины 36, через тягу 37 и верхний конец суммирующего рычага 38 медленно перемещает рейку 39 топливного насоса 40 в сторону увеличения цикловой подачи топлива, полностью компенсируя этим плавное увеличение нагрузки при постоянном значении угловой скорости. В отом случае, как и в предыдущих, рейка топливного насоса перемещается под действием только регулирующего импульса, пропорционального изменению нагрузки, обеспечивая постоянство заданной угловой скорости, а регулирующий импульс по угловой скорости поддерживает устойчивость режима.

Поскольку коэффициент самовыравнивания дизельньгх двигателей как объектов автоматического регулирования незначительный, то при отказе

,

15

25

4516548

их регуляторов они способны развивать в случае сброса нагрузки угловую скорость, достигающую величины аварийных ситуаций (разноса). Самый опасный случай возможного разноса дизеля, когда по разным техническим неисправностям верхний конец суммирующего рычага 38 неподвижно останавливается (заедает) в левом крайнем положении, соответствующем максимальной цикловой подаче топлива. Тогда при отсутствии нагрузки, угловая скорость дизеля, а вместе с ним и вала 42 центробежного регулятора чрезвычайно увеличивается. В результате грузы 44 под действием увеличивающейся центробежной силы, расходятся и через упорный под- 20 шипник 46,-муфту 45, промежуточный рычаг 47, тягу 41 и нижний конец суммирующего рычага 38 перемещают рейку 39 топливного насоса 40 вправо в сторону уменьшения цикловой подачи топлива, чтобы уменьшить угловую скорость дизеля и предотвратить возможный его аварийный разнос. При этом требуемьй ход нижнего конца суммирующего рычага 38 обеспечивается путем соответствующего выбора длин его плеч и настройкой неподвижных упоров 60 и 61 центробежного регулятора.

В случае заедания верхнего конца суммирующего рычага 38 в первом крайнем положении, или в промежутке между левым и правым крайними положениями, опасность разноса дизеля также полностью исключается, поскольку положение рейки 39 соответствует сравнительно меньшей цикловой подаче топлива и эффективность действия центробежного регулятора большая.

Таким образом, при полном отказе второго опережающего регулирующего импульса по нагрузке, в предлагаемом двухимпульсном регуляторе, практически исключаются аварийные ситуации типа разнос дизеля, поскольку в этом случае двухимпуль сньй регулятор автоматически преобразуется и работает как одноимпульсный.

При работе дизеля в случае приложения к его коленчатому валу нагрузки, превышающей номинальное значение, пружина 17 измерителя крутящего момента сжимается полностью, в результате чего верхний конец суммирующего рычага 38 занимает свое

30

35

40

45

50

55

914

максимально возможное (.для каждого дизеля разное) левое положение. При этом формирование и подача регулирующих импульсов по нагрузке на рейку 39 топливного насоса 40 полностью прекращается и дальше регулирование дизеля осуществляется только по сигналам изменения угловой скорости.

При увеличении нагрузки в дипа- зоне, превьшающем ее номинальное значение, угловая скорость дизеля, а следовательно, центробежного регулятора уменьшается и в работу вступает корректор. В результате уменьшения центробежной силы грузов 44 пружина 58 корректора через подвижный упор 59, действуя на основной рычаг 54, отталкивает проме- жуточньм рычаг 47 влево пропорционально увеличению нагрузки и соответственно уменьшению угловой скорости и через тягу 41, нижний конец суммирующего рычага 38 перемещает рейку 39 топливного насоса 40 влево т.е. в сторону увеличения цикловой подачи топлива, В рассматриваемом случае.компенсация приложенной к дизелю нагрузки осуществляется только по регулирующим импульсам изменения угловой скорости. При этом корректорная ветвь характеристики дизеля формируется корректором центробежного регулятора. Величина подъема участка корректорной ветви характеристики в зависимости от назначения и ряда других особенностей эксплуатации дизеля может быть различной и определяется выбором характеристики пружины.58 корректора.

165410

Момент срабатывания корректора регулируется винтом 57. При вворачивании его корректор вступает в действие

раньше, а при вьшорачивании позже. 5

Формула изобретения

Двухимпульсный регулятор угловой скорости,- содержащий входной и выходной валы, соединенные через соединительное звено, гидравлическую передачу, вход которой связан с элементом съема нагрузки-, а выход - с одним концом суммирующего рычага, другой конец которого кинематически связан с выходом центробежного измерителя скорости, причем средняя часть суммирующего рычага связана с рейкой топливного насоса, и гидравлический демпфер, отличающийся

тем, что, с целью повьш1ения точности регулятора, выходной дал выполнен с боковой и осевой расточками,соеди-. нительное звено выполнено в виде установленных на входном и выходном валах соответственно первой и второй втулок с фланцами, которые соединены между собой через гибкие тяги, при этом вторая втулка соедине

на с выходным валом посредством шарниров, расположенных в боковой расточке выходного вала, в осевой расточке которого установлен гидравлический демпфер, шток которого жестко связан с второй втулкой, а элемент съема нагрузки выполнен в виде упорного подшипника, диска и рычага, один конец которого связан через диск и упорный подшипник с второй втулкой,

а другой конец связан с входом гидравлической передачи.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для первичных двигателей внутреннего сгорания, турбин, имеющих силовой трансмиссионный привод и. предъявляющих повышенные требования к поддержанию заданного скоростного 0 3§38 37SS 32 30 tS 28 37 f6 /J реж зок точ тем угл нит две гас вом час жес а п дом тор ход рав нов по дом кот режима в условиях переменных кагру-; зок. Цель изобретения - повышение точности регулятора - достигается тем, что в двухимпульсном регуляторе угловой скорости используется соединительное звено, сочетающее в себе две функции - измерителя нагрузки и гасителя ударов и-толчков в силовом приводе машины. .При этом ведущая часть устройства - первая втулка 1 - жестко связана с входным валом 2, а посредством гибких тяг 6 - с ведомой частью - второй втулкой 7, которая через шарики 8 соединена с выходным валом 9 и со штоком 13 гидравлического демпфера 12. Через установленный механизм съема импульсов по нагрузке рычаг 24 соединен с входом гидравлической передачи, выход которой связан с- однш концом сумми( (Л сг

фиг. 2