Двухимпульсный регулятор угловой скорости Советский патент 1982 года по МПК G05D13/00 

Изобретение относится к машиноI строению и может быть использовано для регулирования угловой скорости дизельных двигателей внутреннего сгорания. Известен механический двухимпуль ный регулятор угловой скорости, двигателей внутреннего сгорания, содержащий центробежный регулятор угловой скорости, топлив1 |й насос с рейкой, установленный между потребителем и источником энергии, измеритель внешней нагрузки, выполненный в виде планетарного редуктора, остановленное звено которого связано одним рычагом с подпружиненным узлом коррекции и демпфером, а другим че;рез систему рычагов - с одним концом суммирующего рычага, другой конец ко торого соединен с центробежным.регулятором угловой скорости, а средняя часть суммирующего рычага соединена с рейкой топливного насоса l . Недостатки известного регулятора низкая динамическая точность вследствие запаздывания сигнала по нагрузке, вызываемого наличием значительных инерционных сил в механизме планетарного редуктора, а также низкая надежность вследствие появления люфтов в сочленениях рычажного механизма в процессе работы. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является двухимпульсный регулятор угловой скорости, содержа1чий измеритель нагрузки, выполненный в виде планетарного редуктора, остановленное звено которого связано через соединительное звено с гидравлическим демпфером и с узлом коррекции, а также через первый сильфон с входом гидравлического дифференцирующего блока, выход которого связан с рейкой топливного насоса, центробежный регулятор угловой скорости 2 . Недостатком известного регулято- ра является сравнительно низкая динамическая точность вследствие запаздывания регулирующего сигнала по угловой,скорости, который, воздействуя на рейку топливного насоса в переходном процессе, увеличивает при этом максимальное отклонение угловой скорости и время ее стабилизации. Цель изобретения - повышение точности регулирования. Поставленная цель достигается тем что в двухимпульсном регуляторе угловой скорости второй вход гидравлического дифференцирующего блока соединен через второй сильфон с выходным рычагом центробежного датчика скорости. На чертеже изображена принципиальная схема двухинпульсного регулятора угловой скорости. Устройство состоит из механическо го измерителя нагрузки, выполненного в виде планетарного редуктора 1. С маховиком посредством соединительных фланцев жестко связана эпициклическая шестерня 2, являодаяся ведущим звеном редуктора. Шестерня 2 находится в постоянном зацеплении с сате литами 3, а последние с солнечной ше стерней 4 - остановленным звеном редуктора. Оси сателлитов неподвижно соединены с водилом 5, которое является ведомым звеном редуктора и через фланцевое соеди нение жестко связано С валом потребителя энергии дви гателя. С солнечной шестерней Ц жестко соединен рычаг 6, который шарнирно связан I; соединительным звеном 7 и пальцем 8 с узлом коррекции, которы включает восстанавливающую пружину 9, опирающуюся одним концом в подвиж ное седло 10, а другим - в неподвижное седло 11. Рычаг 6 также соединен шарнирно со штоком 12 гидравлического демпфера 13, снабженного игольчатым дросселем 1 и посредством пальц 15 с подвижным фланцем 16 сильфонного узла приема выходках из редуктора сигналов. Фланец 16 перемещается в цилиндрической направляющей 17, жест ко связанной с неподвижным фланцем 18 первого сильфона 19, полость кото рого трубопроврдом 20 сообщается с распределительной полостью гидравлического дифференцирующего блока 2Г Блок 21 включает первый исполнительный сильфон 22, один конец которого жестко связан с неподвижным фланцем, а другой - с подвижным фланцем 23. С другой стороны к фланцу 23 присоединен второй исполнительный сильфон 2, противоположный конец которого связан с неподвижным полым фланцем 25. Фланец 25 с другой стороны соединен с третьим исполнительным сильфоном 26, противоположный конец которого связан с вторым подвижным фланцем 27. К этому же фланцу присоединен одним концом дифференцирующий сильфом 28, другой конец которого связан с фланцем 29. Фланец 29 жесткой тягой 30 соединен с подвижным фланцем 23. Полость устройства, образованная фланцами 23, 25 и 27. а также сильфонами 2k, 26 и 28, сообщается с распределительной полостью блока 21 непосредственно трубопроводом 31, а полость образоввнная фланцем 23, неподвижным фланцем и сильфоном 22, через игольчатый дроссель 32. Подвижные фланцы 23 и 27 перемещаются в неподвижной цилиндрической направляющей 33, к которой присоединен фланец З служащий седлом восстанавливающей пружины 35 блока. С противоположной стороны пружина опирается во фланец 27, обеспечивая, таким образом, возвращение его и связанной с ним тягой 36 рейки 37 топливного насоса, которая перемещается в направляющей 38, в исходное положе е. Кроме того, пружина 35 используется для устранения механического гистерезиса материалов стенок сильфонов приемных узлов сигналов по изменению угловой скорости и нагрузки, а также исполнительных и дифференцирующих сильфонов. С распределительной полостью гидравлического дифференцирующего блока 21 посредством трубопровода 39 сообщается полость второго сильфона lO узла приема выходных из центробежного регулятора сигналов, Один конец второго сильфона kQ через фланец Ц жестко связан с корпусом центробежного регулятора, а другой - с подвижным фланцем , который перемещается в цилиндрической направляющей 3, соединенной с фланцем . Фланец 42 шарнирно соединен с промежуточным рычагом Ц центробежного регулятора, который еще включает основной рычаг 5, связанный с восстанавливающей пружиной Ц6. Рычаги kk и ЦБ через бочкорбрааный ролик 4/, муфту «8 и упорный подшипник получают воздействие от грузов k3, вращающихся от вала топливного насоса, который через шестерни механизма газораспределения получает привод от коленчатого вала двигателя. Другой конец восстанавливающей пружины соединен с рычагом 50 управления скоростным режимом двигателя. Механизм центробежного регулятора включает также узел 51 корректора угловой скорости, пружину 52 обогатителя и болты настройки: 53 рычага управления скоростным режимом двигателя, 5 и 55 соответственно номинальной и максимальной угловой скорости. Двухимпульсный регулятор угловой скорости работает следующим образом, В установившемся режиме в результате равенства, развиваемого дизелем крутящего момента и момента сопротив ления потребителя, устанавливаются скоростной и нагрузочный режимы его работы. При этом механизм центробежного регулятора под воздействием гру зов Э занимает определенное положение и через рычаги и kS удерживает подвижный фланец k2 второго сил фона АО в определенном положении, Создаваемое во втором сильфоне lO давление через трубопровод 39 передается в исполнительные сильфоны 22, 2 и 26, выравнивая в них давление, В результате средний подвижный фланец 23 фланцы 29 и 27, преодолевая усилие восстанавливающей пружины 35 блока, удерживает рейку 37 топливного насоса в положении цикловой подачи, соответствующей заданному установившемуся скоростному режиму. В установившемся нагрузочном режи ме рычаг 6 измерителя крутящего момента, преодолев сопротивление восст навливающей пружины 9 податливой опо ры, воздействует на подвижный флаиец 16 первого сильфона 19 и создает в нем давление, которое трубопроводом 2 передается в исполнительные сильфоны 22, 2t и 26, повышая в них давление. При этом фланцы 23, 29 и 27, преодолев сопротивление пружины 35 переме щаются влево, удерживая рейку 37 топ ливного насоса в положении установив шегося нагрузочного режима. При резком сбросе нагрузки крутящий момент исчезает и рычаг 6 под воздействием восстанавливающей пружины Э перемещает подвижный фланец 16, образуя в первом сильфоне 19 разрежение, которое через трубопровод 20 передается в исполнительные сильфоны 22, 2k и 2б. Однако поскольку сильфон 22 сообщен с распределительной полостью через дросселирующее отверстие, падение давления в нем будет проходить менее интенсивно по сравнению с давлением в сильфонах 2 и 26, При этом перемещение среднего подвижного фланца 23 значительно замедлится и одновременно замедлится движение подвижного фланца 27, так как эти фланцы жестко связаны между собой тягой 30. В результате задержки этих фланцев разрежение в полостях сильфонов 2 и 2б резко увеличивается, мто дает возможность фланцу 27 под воздействием пружины 35 резко переместиться вправо, переместив с помощью тяги Зб рейку 37 топливного насоса в положение, соответствующее цикловой подаче на новом нагрузочном режиму. По мере выравнивания давления рабочей жидкости в сильфонах 22, 2k и 26 фланец 23 и связанный с ним фланец 29 переместятся вправо, обеспечивая фланцу 27 установиться в положении, соответствующем положению рейки 37 данного нагрузочного режима. Таким образом, в переходном процессе при резком сбросе нагрузки на рейку топливного насоса действуют два регулирующих импульса - первый от перемещения фланца 27, вызванного разрежением в первом сильфоне 19 и сильфонах 2k и 26 в результате изменения нагрузки и от перемещения вызванного дополнительным разрежением в сильфонах 2 и 26, обусловленного наличием дроссельного отверстия, соЬбщающего распределительную пблость блока 21 с полостью сильфона 22. Чем резче сброс нагрузки, тем больше будет второе перемацение фланца 27 из-за большего от этого перепада давления в сильфонах 2k, 2б и 22, т.е. больше будет воздействие на рейку топливного насоса импульса, пропорционального скорости изменения нагрузки. По мере установления нагрузочного режима это перемещение исчезает, так как давление во всех исполнительных сильфонах выравнивается. 7 Таким образом, в этом режиме рейка топливного насоса перемещается под действием импульса, пропорционал ного изменению нагрузки и импульса, пропорционального первой производной от изменения нагрузми. При резк-ом сбросе нагрузки и в ре зультате этого увеличения угловой ск рости вала центробежного peгyJ 1ятopa центробежная сила грузов kS увелииивается. Следовательно, .под действием этой силы основной.рычаг kS и про межуточный , преодолевая усилие восстанавливающей пружины 46, перемещаются вправо и одновременно перемещают шарнирно соединенный с ним подвижный фланец 42 узла второго сильфона АО, создавая в нем разрежение. Это разрежение трубопроводом 39 передается в распределительную полость дифференцирующего блока 21, откуда через трубопровод 31 непосредственно передается в полости сил фонов 24 и 26, а в полорть сильфона 22 - через дросселирующее отверстие. Дальнейший принцип воздействия регулирующего импульса по угловой скорости на рейку топливного насоса осуществляется аналогично принципу описанного воздействия регулирующего импульса по нагрузке. В рассматриваемом случае на рейку топливного насоса по каналу угловой скорости также воздействует, два регулирующих импульса: первый, пропорциональный отклонению угловой скорости, и второй, пропорциональный первой производной от изменения угловой скорости (т.е. ускорению), В случае резкого наброса нагрузки на дизель крутящий момент резко воз растает и рычаг 6 под воздействием реактивного момента., связанного с ним остановленного звена 4 (солнечная шестерня), преодолевая усилие восстанавливающей пружины 9 резко перемещается вправо, увеличивая при этом в первом сильфоне 19 давление рабочей жидкости. Увеличение давлен передается тpyбoпpoвoдyi 20 в распр делительную полость дифференцирующего блока 21, откуда трубопроводом 31 непосредственно подается в полости сильфонов 24 и 26, а через дрос селирующее отверстие в полость силь фона 22. В результате резкого повышения давления, в сильфонах 24 и 26 фланец 23 и связанный с ним тягой 3 фланец 29 замедляет свое перемещени б2 влево,- мто позволяет из-за этого получить дополнительное перемещение . влево фланцу 27 и связанной с ним рейке 37 топливного насоса. Таким образом, перемещение-, рейки состоит из двух перемещений - перемещения., пропорционального повышению давления Всильфонах 2k и 26 от изменившейся нагрузки, и перемеще пропорционального дополнительному повышению давления в этих сильфонах в сравнении с сильфоном 22из-за наличия дросселирующего отверстия, от скорости изменения нагрузки. По мере выравнивания давления рабочей жидкости во все) трех сильфонах фланцы 23 и 29 сместятся влево. В результате фланец 27 и рейка 37 топливного насоса переместятся вправо, что обеспечит исчезновение перемещения пропорционального скорости и изменения нагрузки. В установившемся режиме рейка 37 занимает положение с цикловой подачей соответствующей новому знамению нагрузочного режима. При набросе нагрузки, как и при ее сбросе, угловая скорость нет протяжении всего переходного процесса также изменяется на определенную величину от установившегося значения. Это изменение, в свою очередь, оказывает воздействие на рейку топливного насоса. При провале угловой скорости центробежная сила грузов 49 уменьшается и под воздействием восстанавливающей пружины 46 основной 45 и промежуточный 44 рычдги перемещают подвижный фланец 42 влево, увеличива.я в полости второгоссильфона 40 давление эабочей жидкости. Это давление по трубопроводу 39 передается в распределительную полость дифференцирующего блока 21, откуда трубопроводом 31 - непосредственно в полости сильфонов 24 и 26j а в полость исполнительного сильфона 22 через дросселирующее отверстие. В результате давление в полостях сильфонов 24 и 26 по отношению к давлению в полос.ти сильфона 22 резко увеличивается. Дальнейший принцип работы узла исполнительных сильфонов под воздействием регулирующего импульса по угловой скорости аналогичен описанному принципу работы под воздействием регулирующего импульса по нагрузке т.е. перемещение рейки 37 топливного насоса складывается с двух перемещений перемещения, пропорционального изменению угловой скорости и перемещения пропорционального первой производной от изменения угловой скорости. В случае плавного изменения нагру ки крутящий момент изменяется медлен но и рычаг 6 измерителя нагрузки под воздействием реактивного момента остановленного звена k, преодолевая ус ЛИЯ восстанавливающей пружины 9, пла но перемещает фланец 2, плавно увеличивая давление рабочей жидкости во Ётором сильфоне kO. Медленное иймене ние давления вызывает одинаковое изменение давления в сильфонах 22, 2М и 26. Тогда подвижные фланцы 23, 29 и 27, а вместе с ними и рейка 37 топливного насоса перемещаются только пропорционально изменению нагрузки. В установившемся режиме рейки 37 установится в положение цикловой подачи, соответствующее новому нагрузочному режиму. В этом случае регу лирующий импульс по угловой скорости на рейку топливного насоса не действует, поскольку угловая скорость дизеля практически не изменяется. Использование предлагаемого двухимпульсного регулятора угловой скорости позволяет; повысить точность поддержания заданного скоростного режима двигателя в условиях переменных нагрузок, что в свою очередь уменьшает расход топлива из-за умень шения забросов угловой скорости в переходных процессах работы, повышает качество вырабатываемой энергии для потребителей и; следовательно, качество выполнения ими технологических процессов. Формула изобретения Двухимпульсный регулятор угловой скорости, содержащий измеритель нагрузки, выполненный в виде планетарного редуктора, остановленное звено которого связано через соединительное звено.с гидравлическим демпфером и с узлом коррекции, а также через первый сильфон с входом гидравлического, дифференцирующего блока, выход которого связан с рейкой топливного насоса, и центробежный датчик скорости, отлич.ающийс я тем, что, с целью повышения точности регулирования, второй вход гидравлического дифференцирующего блока соединен через второй сильфон с выходным рычагом центробежного датчика скорости. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 462171, кл. G 05 D 13/02, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР № 516022, кл. G 05 D 13/00, , (прототип).