На дизелях 10Д100 и 9Д100 установлен объединенный регулятор нагрузки и числа оборотов с электрогидравлической системой управления. Назначение объединенного регулятора — поддерживать постоянным заданное число оборотов дизеля и сохранять при этом неизменным положение реек топливных насосов, соответствующее этому числу оборотов. Таким образом, при каждом данном числе оборотов объединенный регулятор обеспечивает поступление в цилиндры соответствующего постоянного количества топлива. Это дает возможность наиболее полно использовать эффективную мощность дизеля при каждом скоростном режиме, так, например, при отключении вспомогательной нагрузки (вентилятор, компрессор и т. д.) регулятор сохранит неизменной мощность дизеля, отдаваемую потребителю, и, следовательно, главный генератор будет реализовывать для движения тепловоза большую мощность. С этой точки зрения объединенный регулятор можно назвать «корректором мощности дизеля».
Регулятор числа оборотов дизеля 2Д100 только поддерживает постоянным заданное число оборотов за счет изменения количества топлива, поступающего в цилиндры, независимо от нагрузки дизеля. Объединенный регулятор совместно с электрической схемой тепловоза участвует в формировании гиперболической внешней характеристики главного генератора, которая обеспечивает полное использование мощности дизеля на всех скоростных режимах для движения тепловоза. Система регулирования нагрузки построена таким образом, что при изменении мощности происходит ее корректировка за счет воздействия на систему возбуждения главного генератора и обеспечивается постоянная мощность независимо от условий движения тепловоза. При движении тепловоза изменяется соотношение между током (I) и напряжением (U) главного генератора таким образом, что их произведение IU, т. е. мощность, остается величиной постоянной. Такому закону изменения переменных I, U и соответствует гиперболическая внешняя характеристика главного генератора. Электрическая схема тепловоза ТЭ10 без объединенного регулятора обеспечивает получение только наклонной прямолинейной внешней характеристики главного генератора. Объединенный регулятор «деформирует» эту характеристику, превращая ее в гиперболическую. В результате объединенный регулятор дает возможность упростить электрическую схему и возложить формирование внешней характеристики главного генератора на регулятор дизеля.
На дизеле 2Д100 применена система раздельного регулирования, при которой изменение числа оборотов дизеля и изменение нагрузки главного генератора обеспечивается различными регуляторами, не связанными между собой.
На дизелях 10Д100 и 9Д100 использована электрогидравлическая система дистанционного управления (с поста машиниста) с 15 фиксированными положениями рукоятки контроллера, которая обеспечивает плавное изменение скоростных режимов (чисел оборотов) дизеля, исключая дополнительные динамические нагрузки при переходных режимах. Эта система является более совершенной, чем электропневматическая система управления, применяемая на дизелях 2Д100. Она, кроме того, позволяет защитить тепловоз от неумелого управления. Даже при резком переводе рукоятки контроллера изменение затяжки всережимной пружины (т. е. изменение числа оборотов дизеля) будет плавным.
Работа объединенного регулятора.
Объединенный регулятор (рис. 22) состоит из плунжера золотника 16 нагрузки, связанного со штоком 20 сервомотора регулятора числа оборотов, сервомотора 14 и реостата 15. Реостат 15 включен в цепь управления возбуждением главного генератора. Часть объединенного регулятора, обеспечивающая регулирование скоростных режимов (числа оборотов) дизеля, аналогична регулятору дизеля 2Д100.
Рассмотрим работу объединенного регулятора при изменении нагрузки на дизель. Предположим, что нагрузка на дизель возросла. При этом регулятор числа оборотов переместит шток 20 вверх (на увеличение подачи топлива), одновременно коромыслом 21 поднимет плунжер золотника 16 нагрузки, который своими дисками откроет доступ маслу в полость F сервомотора 14. Изменение сопротивления реостата 15 приведет к уменьшению мощности, отбираемой главным генератором от дизеля, а следовательно, к возвращению штока 20 в исходное положение. При этом плунжер 16 золотника нагрузки также вернется в исходное положение перекрыши, прекратив дальнейшее изменение возбуждения главного генератора. Процесс регулирования будет продолжаться до тех пор, пока подача топлива (а следовательно, и мощность дизеля) не будет соответствовать возросшей нагрузке на дизель.
Для обеспечения устойчивости процесса регулирования нагрузки имеется изодромная обратная связь, состоящая из втулки 17, пружины 18 и игольчатых клапанов 19. В рассматриваемом случае она работает следующим образом. Масло, вытекающее из полости F, дросселируется игольчатым клапаном 19. В пространстве под втулкой 17 возникает давление, и она поднимается, сжимая верхнюю пружину 18 и перекрывая при этом перепускные отверстия дисками плунжера 16 — перемещение поршня сервомотора 14 прекращается. Возвращение втулки 17 с плунжером 16 в исходное положение происходит строго согласованно, без нарушения перекрытия отверстий втулки дисками плунжера, что обеспечивается усилием двух пружин 18 и регулировкой проходного сечения игольчатых клапанов 19. Игольчатыми клапанами 19 регулируется быстродействие регулятора нагрузки; при увеличении открытия игольчатых клапанов быстродействие регулятора возрастает и, наоборот, при уменьшении открытия — снижается.
В случае уменьшения нагрузки на дизель процесс регулирования происходит в обратном порядке. Шток 20 двигается в противоположном направлении — на уменьшение подачи топлива в цилиндры дизеля.
Рис. 22. Принципиальная схема объединенного регулятора нагрузки и числа оборотов:
- — треугольная пластина; 2 — рычаги; 3 — плунжер; 4 — сервомотор; 5 — втулка; 6 — аккумуляторы; 7 — игольчатый клапан; 8 — пружина втулки; 9 — пружина плунжера; 10 — поршень сервомотора; 11 — пружина сервомотора; 12 — пружина тяги; 13 — сервомотор регулятора; 14 — сервомотор реостата; 15 — реостат; 16 — плунжер золотника нагрузки; 17 — золотниковая втулка; 18 — пружина обратной связи; 19 — игольчатый клапан; 20 — шток сервомотора; 21 — коромысло; 22 — упор минимальных оборотов; 23 — гайка регулировочная; А, В, С, D — электромагниты; Е и F — полости сервомотора
Условие нормальной работы.
Для нормальной работы объединенного регулятора необходимо, чтобы быстродействие регулятора нагрузки было меньшим, чем быстродействие регулятора числа оборотов. Вначале дизель должен воспринять изменение нагрузки, а затем — с некоторым отставанием (для исключения колебательного
процесса) — золотниковое устройство регулятора нагрузки должно скорректировать нагрузку на дизель путем воздействия на систему возбуждения главного генератора.
Уровень мощности.
Уровень мощности, который поддерживается регулятором на дизеле, определяется положением плунжера 16 золотника нагрузки относительно втулки 17. Грубая регулировка достигается с помощью эксцентрика, установленного на плунжере 16, а точная — изменением длины штока 20 (при уменьшении длины уровень мощности возрастает, при увеличении — снижается).
Настройка уровня мощности должна производиться только на хорошо прогретом регуляторе. Открытие игольчатых клапанов 19 должно быть возможно большим — для повышения чувствительности регулирования нагрузки.
Электрогидравлическая система управления.
Электрогидравлическая система управления состоит из электромагнитов А, В, С и D (см. рис. 22), порядок включения которых определяется положением рукоятки контроллера (табл. 4). При включении электромагнитов их сердечники, перемещаясь, воздействуют на элементы регулятора и изменяют режим его работы, а следовательно, и режим работы дизеля.
Таблица 4
Порядок включения электромагнитов и числа оборотов дизеля при различных положениях рукоятки контроллера
* Допускаемое отклонение для всех положений рукоятки контроллера ± 15 об/мин.
Треугольная пластина 1 выполняет функции своеобразной рычажной системы и позволяет иметь при различных комбинациях включения электромагнитов А, В и С семь ступеней чисел оборотов дизеля. Электромагнит D воздействует на втулку 5 золотника; при его включении число оборотов коленчатого вала уменьшается, что позволяет удвоить число возможных комбинаций с электромагнитами А, В и С и тем самым получить 14 различных ступеней чисел оборота дизеля.
Рис. 23. Пробки электромагнитов для подрегулировки числа оборотов дизеля
Для устойчивости процесса регулирования числа оборотов дизеля служит жесткая обратная связь, состоящая из рычагов 2.
Рассмотрим по рис. 22 действие системы. При включении электромагнита А треугольная пластина 1 поворачивается на определенный угол и рычагом 2 перемещает плунжер 3, который открывает отверстие во втулке 5 золотника, и масло под давлением из аккумулятора 6 поступает в полость над поршнем 10 сервомотора 4, перемещая его в направлении увеличения затяжки всережимной пружины. При этом под действием рычагов 2 плунжер 3 будет возвращаться в исходное положение перекрыши. Когда плунжер 3 перекроет отверстие во втулке 5, движение поршня 10 прекратится и будет установлено число оборотов дизеля, соответствующее включению электромагнита А.
Величина перемещения поршня 10, определяющая изменение затяжки всережимной пружины (и, следовательно, число оборотов), зависит от комбинации включения электромагнитов А, В, С и D.
Для плавного изменения чисел оборотов дизеля втулка 5 золотника приводится во вращение при помощи шестеренчатой передачи. Отверстие в ней, через которое масло из аккумулятора 6 поступает в полость между дисками плунжера 3, только один раз за один оборот совпадает с маслоподводящим каналом. Таким образом, скорость перемещения поршня 10 сервомотора определяется время— сечением отверстия во втулке 5. Замедление перемещения поршня 10 достигается с помощью рассечения потока масла, поступающего в сервомотор 4. Кроме того, имеется игольчатый клапан 7 для дросселирования потока масла, подводимого к втулке 5 золотника. Метод рассечения потока масла является более совершенным, чем дросселирование, так как в этом случае интенсивность истечения масла в меньшей степени зависит от его вязкости.
Для обеспечения минимального числа оборотов дизеля в момент его запуска (при отсутствии давления масла в системе) имеется винт 22 — упор минимальных чисел оборотов, исключающий полное «распускание» всережимной пружины.
Рис. 24. Объединенный регулятор:
1 — колпак; 2 — рычажная система; 3 — сервомотор управления; 4 — электромагнит; 5 — штепсельный разъем; 6 — треугольная пластина; 7 — всережимная пружина; 8 — сервомотор с реостатом; 9 — верхний корпус с плитой; 10 — траверса с грузами; 11 — корпус регулятора; 12 — золотниковая часть регулятора; 13 — плунжер; 14 — нижний корпус (с приводом); 15 — валик шлицевой; 16 — ведомая шестерня; 17 — серьга (привод к рейкам топливных насосов); 18 — сервомотор регулятора; 19 — золотник автоматического выключения; 20 — шток; 21 — плунжер
Регулирование числа оборотов дизеля.
Диапазон чисел оборотов дизеля от минимальных до максимальных регулируется ходом сердечников электромагнитов А, В, С и D, для чего на каждом из них имеется специальная пробка на резьбе. На электромагнитах А, В и С резьбы под пробки выполнены с шагом 1 мм, а так как ход каждого сердечника электромагнитов А, В и С равен 2,5 мм, то необходимо повернуть пробки А (см. рис. 23) на 2,5 оборота от положения упора. Ход сердечника электромагнита D (см. рис. 22), равный 0,35 мм, устанавливают вращением пробки Б (см. рис. 23) от положения упора на 10 делений (деления нанесены на верхнем торце электромагнита).
Рис, 25. Кинематическая схема привода к регулятору и масляному насосу:
1 — нижний коленчатый вал дизеля; 2 — передача цилиндрическая косозубая; 3 — передача винтовая; 4 — муфта шлицевая; 5 — соединительный вал; 6 — коническая передача; 7 — вал регулятора
Рис. 26. Привод к регулятору и масляному насосу:
1 — корпус; 2 — вал приводной; 3 — шестерня; 4 — роликовый подшипник; 5 — шестерня ведущая; 6 — шариковый подшипник; 7 — муфта; 8 — сетка; 9 — вал; 10 — шестерня ведомая; 11 — втулка распорная; 12 — шариковый подшипник
Максимальную скорость вращения коленчатого вала дизеля (850 об/мин) регулируют при работе его на XV положении рукоятки контроллера (включены электромагниты А, В и С) вращением гайки Л. При этом плунжер 3 (см. рис. 22) золотника управления смещается из положения перекрыши. При повороте гайки Л (см. рис. 23) против часовой стрелки число оборотов дизеля увеличивается (поворот гайки на одну грань соответствует изменению числа оборотов примерно на 12 в минуту). После регулировки гайка Л контрится.
Минимальную скорость вращения вала дизеля (400 об/мин) устанавливают на I положении вращением пробок А электромагнитов А, В и С на одну и ту же величину (поворот на различное число делений не допустим). Поворот пробок А на одно деление соответствует изменению числа оборотов примерно на 7,5 в минуту. После регулировки пробки А контрятся.
Рис. 27. Привод регулятора:
1 — вал в сборе; 2 — кронштейн привода регулятора; 3 — корпус подшипника; 4, 6, 9, 14 — шариковые подшипники; 5 — крайний приводной вал; 7 — коническая шестерня; 8 — обойма подшипника; 10 — крышка подшипника; 11 — опорная гайка; 12 — опорная шайба; 13 — вал
Равномерность приращения числа оборотов дизеля по ступеням устанавливается вращением пробки Б. Поворот пробки Б на одно деление изменяет число оборотов двигателя примерно на 4 в минуту. При регулировке электромагнита D необходимо уточнить регулировку минимального и максимального числа оборотов дизеля.
Конструкция объединенного регулятора и его привод.
Регулятор (рис. 24) смонтирован в трех чугунных литых корпусах: корпусе 11 регулятора, верхнем 9 и нижнем 14. Рычажная система 2, сервомотор 3, электромагниты 4 и др. закрыты алюминиевым колпаком 1. К корпусу 11 прикреплен сервомотор 18 регулятора, а к нему золотник 19 автоматического выключения. Электромагниты 4 соединены с электрической цепью контроллера при помощи штепсельного разъема 5. К верхнему корпусу 9 прикреплен сервомотор с реостатом 8. Привод регулятора осуществляется через валик 15, а передача движения рейкам топливных насосов от штока 20 с помощью серьги 17. Привод регулятора осуществляется через винтовую и коническую пары (рис. 25—27). Передаточное отношение от штока сервомотора к рейкам топливных насосов изменено по сравнению с дизелем 2Д100 таким образом, что при одинаковом ходе штока в дизеле 10Д100 обеспечивается большее перемещение реек топливных насосов, т. е. большая подача топлива в цилиндры.