Глава 4

АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ НЕПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

§ 4.1. Классификация

Автоматические регуляторы непрямого действия кроме чувствительного элемента содержат усилительный и вспо­могательные элементы. Основными признаками классификации таких регуляторов являются регулируемый параметр и тип при­мененной обратной связи.

В тех случаях, когда по условиям раббты двигателя регуля­торные характеристики могут быть статическими (см. рис. 3.20, б, в), используют регуляторы с жесткой обратной связью. Если при всех нагрузках необходимо обеспечить точное поддержание заданного скоростного режима, следует использо­вать изодромные регуляторы с гибкой обратной связью.

Если при высокой точности поддержания скоростного режима требуется обеспечить минимальный статизм регуляторной харак­теристики, необходимо использовать регуляторы с комбинирован­ной обратной связью.

§ 4.2. Функциональные элементы

В большинстве рассматриваемых регуляторов чувстви­тельные элементы являются механическими и представляют собой вращающиеся грузы 8 (рис. 4.1), центробежная сила которых воспринимается пружиной 7 переменной жесткости. При малой угловой скорости грузов вначале деформируются витки большого диаметра, имеющие наименьшую жесткость. После соприкоснове­ния с последующими витками они практически выключаются из работы, вследствие чего деформируются витки меньшего диаметра, имеющие большую жесткость. Постепенное увеличение жесткости пружины чувствительного элемента в соответствии с увеличением угловой скорости грузов обеспечивает возможность получения требуемых значений степени неравномерности в широком диапа­зоне скоростных режимов двигателя.

В качестве усилительных элементов в регуляторах непрямого действия почти исключительное применение получили гидравли­ческие серводвигатели, представляющие собой цилиндр с порш­нем 12 и штоком 14, перемещения которых зависят от подачи в их полости рабочей жидкости (обычно масла). Управление подачей

жидкости осуществляет золотник 13, связанный с муфтой чув­ствительного элемента. Шток 14 кинематически жестко связан с рейками топливных насосов.

Часто муфта 9 чувствительного элемента и золотник 13 серво­двигателя представляют собой один узел (см. рис. 4.1, б).

•При увеличении угловой скорости <о_р центробежная сила грузов 8 преодолевает усилие, создаваемое пружиной 7, и пере­мещает муфту 9 вверх. Верхняя полость серводвигателя при этом соединяется с центральной полостью золотника 13, куда из масляного аккумулятора 3 поступает масло высокого давле­ния р_г («0,8 МПа). Нижняя полость серводвигателя при этом оказывается связанной со сливным каналом, вследствие чего в нижней полости (под поршнем) устанавливается давление р₂ < < р_г. Если 5_П — рабочая площадь поршня серводвигателя, то перепад давлений р_г — р₂ в его полостях создает перестановочное усилие Е_с = З_п (р_г — р₂)> используемое для перемещения рейки топливного насоса.

В некоторых регуляторах используется серводвигатель с диф­ференциальным поршнем 5 (рис. 4.2, а). Поршень находится в по­кое, если золотник 4 перекрывает проходное сечение канала 2.

5 Крутов В. И.

При смещении золотника 4 вниз верхняя и нижняя полости серво­двигателя заполняются маслом при высоком давлении р_г. Так как существует разность рабочих площадей поршня 3_П1 и 5_П2, возни­кает перестановочное усилие Е_с = р_г (5_П2 — 5_П1), направленное вверх. При смещении золотника 4 вверх нижняя полость серво­двигателя каналом 2 соединяется со сливом, и давление в ней понижается до р₂. Вследствие этого на поршень серводвигателя будет действовать сила Е_с = рг8_п1 — р₂8_и2, направленная вниз.

В серводвигателях простого действия (рис. 4.2, б) масло под­водится только в нижнюю полость серводвигателя, а верхнюю его полость занимает пружина 7. Перестановочное усилие Е_с, направленное вверх, возникает при смещении золотника 4 вниз; при этом Е_с = рхЗ_п — Ьу, где Ь — жесткость пружины; у — ее деформация. При смещении золотника 4 вверх нижняя полость соединяется со сливом (давление р₂)_у поэтому появляется усилие Е_с = Ьу — р₂8_п> направленное вниз. В некоторых случаях удобно использовать серводвигатели с поворотным поршнем (рис. 4.2, в) или золотник, соосный с движением поршня (рис. 4.2, г).

Золотник 4_У выполняющий функции органа управления серво­двигателем, в своем движении связан с муфтой чувствительного элемента непосредственно (см. рис. 4.1,6) или системой соеди­нительных элементов (см. рис. 4.1, а).

Для повышения чувствительности регулятора применяют спе­циальные меры, уменьшающие силу трения золотника. Наиболее эффективным методом является вращение золотника или его втулки при работе регулятора.

Регуляторы непрямого действия, снабженные масляными сер­водвигателями, часто имеют изолированную масляную систему, и, следовательно, их оборудуют вспомогательными элементами, к числу которых относится масляный насос 2 (см. рис. 4.1), обычно шестеренного типа. Особые требования предъявляют к масляным насосам в реверсивных дизелях, так как подача масла независим

от направления вращения зубчатых колес должна происходить в одном и том же направлении.

Постоянство давления рабочего масла при различных его расходах обеспечивается масляным аккумулятором 3. Определен­ная предварительная деформация его пружины задает давление масла, а суммарный объем над поршнем сглаживает его пуль­сацию. Излишки масла перепускаются в масляную ванну регуля­тора. В некоторых регуляторах с масляными серводвигателями нет автономной масляной системы и используется масло из масля­ной системы двигателя.

Для обеспечения устойчивой работы регуляторы непрямого действия оборудуются специальными стабилизирующими эле­ментами, называемыми обратными связями. В зависимости от требований, предъявляемых к регулятору, обратные связи под­разделяются на жесткие (кинематические и сложные), гибкие, или изодромные (кинематические и силовые), и комбинированные.