性能特點(diǎn)和作用說明

柴油機(jī)噴油泵兩極調(diào)速器的工作原理

 

摘要：兩極調(diào)速器也叫雙速調(diào)速器，它只在柴油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和怠速起自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，而在最高轉(zhuǎn)速和怠速之間的其它任何轉(zhuǎn)速，調(diào)速器不起調(diào)速作用，而由操作員控制柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。由于兩極式調(diào)速器具有精確、靈活和高效的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)領(lǐng)域。它可以幫助柴油發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)、速度調(diào)節(jié)、負(fù)載匹配等功能，使生產(chǎn)過程更穩(wěn)定、高效。同時(shí)，兩極式調(diào)速器還具有能耗低、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)，可以降低柴油發(fā)電機(jī)燃油消耗和維護(hù)成本。

 

一、調(diào)速器的工作原理及分類

 

      柴油發(fā)電機(jī)的直列柱塞式噴油泵的每個(gè)氣缸都需要有一套泵油機(jī)構(gòu)。幾個(gè)相同的泵油機(jī)構(gòu)裝置（分泵）在同一泵體上就構(gòu)成了多缸柴油發(fā)電機(jī)的柱塞泵。柱塞泵一般固定在康明斯發(fā)電機(jī)機(jī)體一側(cè)的支架上，由柴油發(fā)電機(jī)曲軸通過齒輪驅(qū)動(dòng)，齒輪軸和噴油泵的凸輪軸用聯(lián)軸器連接，調(diào)速器安裝在噴油泵的后端。兩極調(diào)速器它只限制柴油發(fā)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，在最高和最低轉(zhuǎn)速之間不起作用。其工作原理如圖1所示，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

      在柴油機(jī)運(yùn)行過程中，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，要通過及時(shí)調(diào)整循環(huán)供油量來改變其輸出功率或轉(zhuǎn)矩，以保證其穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。柴油發(fā)電機(jī)組等常在負(fù)荷不斷變化的情況下工作，且常會(huì)遇到負(fù)倚突變的情況。當(dāng)負(fù)荷突然減小或增大時(shí)，操作人員并不是都能夠適時(shí)地察覺到而及時(shí)做出反應(yīng)來控制油門的，從而導(dǎo)致柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的忽高忽低和工作不穩(wěn)定。當(dāng)噴油泵供油拉桿位置不變時(shí)，其每循環(huán)供油量隨著轉(zhuǎn)速的升高（降低）而增大（減少）的變化關(guān)系（噴油泵速度特性）卻恰恰加劇了上述現(xiàn)象。尤其是當(dāng)柴油機(jī)在高速下工作而突然卸載時(shí)，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速急劇升高。這時(shí)噴油泵供油量卻隨著轉(zhuǎn)速的升高而自動(dòng)增大，又促使轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高。轉(zhuǎn)速和供油量的相互作用使轉(zhuǎn)速甚至超出設(shè)計(jì)允許的最高轉(zhuǎn)速而無法控制，即所謂的“飛車”或“超速”現(xiàn)象。對(duì)柴油機(jī)來說，一旦發(fā)生飛車現(xiàn)象，混合氣形成時(shí)間更短，燃燒明顯惡化，出現(xiàn)冒黑煙和過熱現(xiàn)象，且由于產(chǎn)生很大的慣性力，機(jī)械負(fù)荷過大，易導(dǎo)致機(jī)件（曲軸連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)的零件）損壞。相反，當(dāng)外界載荷突然增大而又不能及時(shí)增大供油量時(shí)，轉(zhuǎn)速則迅速下降，甚至熄火。

      另外，柴油機(jī)還經(jīng)常在怠速工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，若因某種原因出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)，則易造成怠速不穩(wěn)，甚至熄火，所以，柴油機(jī)必須能隨著負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)供油量，以使其穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。調(diào)速器即是實(shí)現(xiàn)這一功能的裝置。

      柴油機(jī)調(diào)速器的種類很多，按工作原理分為機(jī)械離心式、氣動(dòng)式、液壓式、機(jī)械氣動(dòng)復(fù)合式、機(jī)械液壓復(fù)合式、電子式。機(jī)械式調(diào)速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，應(yīng)用廣泛。

 

圖1  RAD型兩極調(diào)速器工作原理

圖2  RAD型兩極調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖

 

二、兩極調(diào)速器的工作過程

 

1、起動(dòng)加濃工況

      柴油發(fā)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，飛塊在怠速彈簧和起動(dòng)彈簧的作用下而閉合。起動(dòng)前，將控制杠桿推至全負(fù)荷供油位置。此時(shí)，支撐杠桿繞刀占逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，浮動(dòng)杠桿繞點(diǎn)逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，上浮動(dòng)桿通過齒桿連接桿推動(dòng)供油齒桿向增加供油的方向移動(dòng)。起動(dòng)彈簧9的作用就在對(duì)浮動(dòng)桿有一向左的拉力，使其繞C點(diǎn)作逆時(shí)針方向的擺動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)B點(diǎn)（銷軸）和點(diǎn)（套筒）進(jìn)一步向左移動(dòng)，直到飛塊完全閉合，從而保證供油齒桿8越過全負(fù)荷進(jìn)入柴油發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)的最大供油量位置，即起動(dòng)加濃位置。

2、怠速工況

      如圖3所示。將控制杠桿拉回到怠速位置Ⅱ，柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)入怠速工況。飛塊的離心力的增減取決于柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。在怠速范圍內(nèi)，飛塊離心力使滑套壓縮怠速彈簧，當(dāng)飛塊離心力與怠速彈簧及起動(dòng)彈簧的合力平衡時(shí)，供油齒桿保持在某一位置，柴油發(fā)電機(jī)就可以在怠速工況下穩(wěn)定地工作。若此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，飛塊離心力就隨之減小，滑套便在怠速彈簧及起動(dòng)彈簧的作用下左移，從而導(dǎo)動(dòng)桿向左擺動(dòng)，帶動(dòng)B點(diǎn)及浮動(dòng)杠桿繞C點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒桿連接桿推動(dòng)供油齒桿左移，增加了供油量，使柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速回升。若柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，則飛塊離心力增加，滑套右移，通過導(dǎo)動(dòng)桿、浮動(dòng)杠桿傳于供油齒桿，使供油量減小，柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，由于上述作用，便可保證柴油發(fā)電機(jī)在怠速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

3、正常工作的供油調(diào)節(jié)

      如圖4所示。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過怠速時(shí)，怠速彈簧完全被壓入拉力桿內(nèi)，滑套直接與拉力桿接觸。由于拉力桿被很強(qiáng)的調(diào)速彈簧拉住，在轉(zhuǎn)速小于最大工作轉(zhuǎn)速的條件下，飛塊的離心力不能推動(dòng)拉力桿。拉力桿不會(huì)右移而始終靠緊在齒桿行程調(diào)整螺栓上。因而支點(diǎn)B也不會(huì)移動(dòng)，只有當(dāng)改變控制杠桿的位置時(shí)才能使供油齒桿向左或向右移動(dòng)，從而增加或減少供油量。由此可見，正常工作時(shí)供油量的調(diào)節(jié)是由操作員操縱的，調(diào)速器不起作用。

 

圖3  兩極調(diào)速器怠速工況示意圖

圖4  兩極調(diào)速器額定轉(zhuǎn)速工況示意圖

 

4、限制最高轉(zhuǎn)速工況

      如圖5所示。不管柴油發(fā)電機(jī)是部分負(fù)荷工作還是全負(fù)荷工作，只要是外界負(fù)荷變化，引起柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過規(guī)定的最大轉(zhuǎn)速時(shí)，飛塊離心力就能克服調(diào)速彈簧的拉力，使飛塊進(jìn)一步張開。這動(dòng)作推動(dòng)滑套和拉力桿右移，使支點(diǎn)B移到B'拉力桿的D點(diǎn)移到D'，浮動(dòng)杠桿的下支點(diǎn)C移到C'結(jié)果供油齒桿向右移動(dòng)，供油量減少。從而保證了柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不會(huì)超過規(guī)定的最大轉(zhuǎn)速值。

      被限制的柴油發(fā)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速的數(shù)值可通過改變調(diào)速彈簧的預(yù)緊力來調(diào)節(jié)。從圖可以看出：當(dāng)速度調(diào)整螺栓向內(nèi)旋進(jìn)時(shí)，頂住速度調(diào)整杠桿繞其支點(diǎn)向左移動(dòng)，調(diào)速彈簧的預(yù)緊力增大，柴油發(fā)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速升高，如果與上述情況相反，則柴油發(fā)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速降低。

      綜上所述，RAD型調(diào)速器對(duì)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是通過一套杠桿系統(tǒng)把飛錘的位移變?yōu)楣┯土空{(diào)節(jié)齒桿的位移，以增減噴油泵的供油量來實(shí)現(xiàn)的，特性曲線如圖6所示。由于RAD型調(diào)速器采用了搖桿和滑塊機(jī)構(gòu)，在怠速和最高轉(zhuǎn)速時(shí)調(diào)速器的杠桿比是不同的，因此稱RAD型調(diào)速器為可變杠桿比調(diào)速器。所謂杠桿比是指供油量調(diào)節(jié)齒桿的位移與調(diào)速套筒位移之比，也等于調(diào)速杠桿被滑塊分成兩段后的長(zhǎng)度n與m之比。當(dāng)調(diào)速手柄處于怠速位置時(shí)，杠桿比較小，僅為1:1。35。即當(dāng)調(diào)速套筒產(chǎn)生一定位移時(shí)，供油量調(diào)節(jié)齒桿的移動(dòng)量較小，噴油泵的供油量變化較少，使怠速轉(zhuǎn)速不致有較大的波動(dòng)，可以提高怠速的穩(wěn)定性。另一方面，怠速時(shí)飛錘的離心力較小，而較小的杠桿比恰好可以在離心力發(fā)生較小的變化時(shí)就能使油量調(diào)節(jié)齒桿移動(dòng)，從而提高了調(diào)速器的工作能力。當(dāng)調(diào)速手柄位于最高轉(zhuǎn)速位置時(shí)，杠桿比為1:3。23。這時(shí)飛錘的離心力很大，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速稍有變化，較大的離心力便立即使供油量調(diào)節(jié)齒桿移動(dòng)，并產(chǎn)生較大的位移，從而可以迅速的穩(wěn)定柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。

 

圖5  兩極調(diào)速器限制最高轉(zhuǎn)速工況示意圖

圖6  柴油機(jī)兩速調(diào)速器特性曲線圖

 

三、調(diào)速器的附加裝置

 

1、怠速穩(wěn)定彈簧

      在RAD型調(diào)速器蓋上裝有怠速穩(wěn)定彈簧。其安裝位置剛好與供油量調(diào)節(jié)齒桿相對(duì)，它對(duì)調(diào)節(jié)齒桿的移動(dòng)起限位和緩沖作用。有了怠速穩(wěn)定彈簧，怠速更加穩(wěn)定。例如，當(dāng)調(diào)速手柄快速扳回到怠速位置時(shí)，供油量調(diào)節(jié)齒桿也快速向減油方向移動(dòng)，這時(shí)怠速穩(wěn)定彈簧猶如一個(gè)限位器和緩沖器，既可以阻止調(diào)節(jié)齒桿越過怠速供油位置，防止噴油泵停止供油，又可以減緩調(diào)節(jié)齒桿的移動(dòng)速度，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不發(fā)生較大的波動(dòng)或熄火。

2、轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)裝置

      轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)裝置安裝在滑動(dòng)銷內(nèi)，其作用是緩沖高速時(shí)噴油泵供油量調(diào)節(jié)齒桿的振動(dòng)，借以消除柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)。當(dāng)把調(diào)速手柄移向高速并與最高速擋塊接觸時(shí)，轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)裝置中的彈簧首先被壓縮，同時(shí)供油量調(diào)節(jié)齒桿移至全負(fù)荷供油位置。若此時(shí)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速升高，則飛錘的離心力超過調(diào)速彈簧的作用力時(shí)，飛錘開始向外移動(dòng)，當(dāng)調(diào)節(jié)齒桿并不立即向減油方向移動(dòng)，而是在轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)裝置中的彈簧伸長(zhǎng)復(fù)原后，調(diào)節(jié)齒桿才開始移動(dòng)，從而減緩了調(diào)節(jié)齒桿的頻繁移動(dòng)或振動(dòng)，使柴油機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩趨于平穩(wěn)。

3、轉(zhuǎn)矩矯正裝置

      轉(zhuǎn)矩矯正裝置的功用是矯正噴油泵供油量隨轉(zhuǎn)速的變化特性，也就是矯正柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的特性，以使噴油泵的供油量與吸入氣缸的空氣量相匹配。

      轉(zhuǎn)矩矯正有正矯正與負(fù)矯正兩種。供油量隨轉(zhuǎn)速下降而增加的矯正為正矯正；相反，供油量隨轉(zhuǎn)速下降而減少的為負(fù)矯正。前者用于高速范圍，后者用于低速范圍。

      在RAD型調(diào)速器上安裝的轉(zhuǎn)矩矯正裝置，實(shí)際上就是指安在飛錘內(nèi)的一個(gè)彈簧，即矯正彈簧。當(dāng)柴油機(jī)在全負(fù)荷標(biāo)定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，飛錘的離心力很大，矯正彈簧座在飛錘的推動(dòng)下與內(nèi)彈簧座接觸，矯正彈簧被壓縮。這時(shí)，噴油泵供油量調(diào)節(jié)齒桿在全負(fù)荷供油位置。當(dāng)柴油機(jī)超負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)速下降，飛錘的離心力減小。矯正彈簧克服飛錘離心力使飛錘向內(nèi)移動(dòng)，并通過調(diào)速器的杠桿系統(tǒng)使供油量調(diào)節(jié)齒桿向增加供油量的方向移動(dòng)，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的有所增加，從而可以提高柴油機(jī)超負(fù)荷的能力。顯然，這種轉(zhuǎn)矩矯正為正矯正。

 

四、兩速調(diào)速器的調(diào)整方法

 

1、齒桿定零位

      上升轉(zhuǎn)速到飛鐵全張（N=600rpm左右），將齒桿向停油方向推到底，此時(shí)S定位為零。

2、大油門擋釘?shù)墓潭?/span>

      N=650rpm，操縱手柄在大油門處，旋進(jìn)大油門擋釘使S=Sc（極限轉(zhuǎn)速）并緊固（若達(dá)不到，增減丁字塊墊片）。

3、大頭調(diào)節(jié)螺釘?shù)墓潭?/span>

      N=630rpm左右，調(diào)整大頭螺釘使S=SA并緊固。

4、起作用轉(zhuǎn)速調(diào)整

      N=Na（起作用轉(zhuǎn)速），調(diào)節(jié)調(diào)速手柄二邊螺釘使調(diào)速器起作用。此時(shí)S=SA-0.1，并緊固。

5、標(biāo)定點(diǎn)油量調(diào)整

      N=NA，操縱手柄在大油門處，檢查S=SA，調(diào)整各缸供油量Q=QA（標(biāo)定油量）

6、NF（停油轉(zhuǎn)速）的檢查

      N從NA升至NF各缸應(yīng)停油（200次油量小于0.5ml。或者N升高到空車轉(zhuǎn)速，檢查各缸油量應(yīng)在范圍內(nèi)。不符，則檢查調(diào)速簧和飛錘。

7、怠速點(diǎn)的調(diào)整

      N稍大于Nu（怠速極限轉(zhuǎn)速），操縱手柄處小油門位置，調(diào)小油門擋釘使S=SH。緊固后，N=ND （怠速轉(zhuǎn)速），擰進(jìn)怠速穩(wěn)定裝置使S=SD，緊固并檢查。

8、校正點(diǎn)調(diào)整

      N低于Nr（校正點(diǎn)轉(zhuǎn)速）50rpm，操縱手柄在大油門方向，擰進(jìn)校正裝置（事先將校正裝置內(nèi)螺釘擰的足夠緊）使S=ST，再調(diào)整檢查各缸油量符合要求。然后N=Nk，S=ST，擰松校正螺釘?shù)烬X桿開始移動(dòng)為止。

9、穩(wěn)定器調(diào)整

      操縱手柄處小油門，N=ND時(shí)擰入穩(wěn)定器部件，使其剛與齒桿連接桿接觸即退回約1mm，檢查NF滿足要求后緊固部件。

10、起動(dòng)點(diǎn)（煙霧限制器）調(diào)整

      操縱手柄在大油門處，N=NE，裝煙霧限制器，使起動(dòng)油量符合要求。

11、停車機(jī)構(gòu)檢查

      調(diào)整后，應(yīng)復(fù)查一次。同時(shí)無論何種工況，轉(zhuǎn)動(dòng)停車手柄各缸應(yīng)停油，放松停車手柄后齒桿應(yīng)能立即復(fù)位。

 

總結(jié)：

      兩極式調(diào)速器主要由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的感應(yīng)部件、傳動(dòng)部件和附加裝置等組成。兩極式調(diào)速器只在最低轉(zhuǎn)速和標(biāo)定轉(zhuǎn)速兩種情況下起調(diào)速作用，以保證低速時(shí)工作穩(wěn)定和防止飛車事故的發(fā)生。 兩極式調(diào)速器與單程式調(diào)速器的主要不同點(diǎn)是：調(diào)速彈簧由兩根（或兩組）彈簧所組成，低速彈簧較長(zhǎng)但剛性較弱，高速彈簧較短但剛性強(qiáng)，兩彈簧都有一定的預(yù)緊力。

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