4.1. Топливная система общие сведения

Топливная система включает в себя смонтированное на дизеле и тепловозе оборудование, предназначенное для хранения, подогрева, фильтрации и поддержания заданного давления топлива; подачи топлива к топливовпрыскивающей аппаратуре дизеля; подачи топлива в цилиндры в заданном количестве и в определенный момент согласно диаграмме фаз газораспределения, а также для равномерного распределения его по цилиндрам. Конструкция системы должна обеспечивать равную температуру топлива, подаваемого к топливным насосам дизеля.

Существует три принципиальных схемы топливных систем: замкнутая, полузамкнутая и тупиковая. Замкнутая система применяется на тепловозах 2ТЭ116, ТЭП60, ТЭП70, 2М62 и др. К полузамкнутым системам можно отнести системы, применяемые на тепловозах 2ТЭ10 всех индексов и маневровых тепловозах. Тупиковая система применяется на маломощных дизелях (100... 200 кВт), установленных на автомотрисах, дрезинах и т. п. Во всех типах топливных систем топливо через заборное устройство подается из бака подкачивающим шестеренным насосом, проходит через фильтры и поступает в коллекторы насосов высокого давления. Часть топлива забирается насосами и впрыскивается форсунками в цилиндры двигателя. Остальное топливо по трубопроводам сливается обратно в бак.

В замкнутой системе топливо многократно проходит через фильтры, что обеспечивает необходимую очистку топлива и более стабильный температурный режим. При полузамкнутой системе топливо циркулирует в системе также, как и при замкнутой, кроме топливного коллектора, который становится тупиковым участком системы, нарушая тем самым температурный режим топлива, подаваемого к плунжерным парам насосов высокого давления.

В тупиковой системе топливо во всасывающей полости не циркулирует. Достоинствами такой системы являются меньшая скорость топлива и облегчение работы топливоподкачивающего насоса. Недостаток — нарушение температурного режима топлива, подаваемого к насосам высокого давления.

4.2. Топливоподающая аппаратура

Топливоподающая аппаратура предназначена для снабжения дизеля топливом. В ее состав входят баки для хранения топлива, топливные фильтры, топливоподкачивающие насосы, топливные насосы высокого давления, форсунки и др.

Баки для хранения топлива. Они представляют собой сваренные из стальных листов резервуары, усиленные внутри перегородками. Перегородки в баке дают возможность гасить энергию колебаний топлива, возникающих при резких изменениях скорости движения тепловоза. С обеих сторон бака имеются заправочные горловины с фильтрующими сетками. Под днищем баков расположен отстойник, в котором скапливаются тяжелые осадки топлива. На верхней части бака имеются две вентиляционные трубы, позволяющие избежать изменения давления в баке в процессе заправки и при расходовании топлива. Количество топлива в баке измеряют градуированными рейками, расположенными в вентиляционных трубах. Из топливного бака при всех ТО; ТР-1; ТР-2 производят слив отстоя. При ТР-3 топливо полностью сливается для очистки бака от грязи и шлама. Бак промывается без снятия с тепловоза.

Топливоподкачивающие насосы. На тепловозах применяются насосы шестеренного типа, с электроприводом. Перепускной клапан обеспечивает одинаковое давление в топливоподкачивающей системе независимо от режима работы дизеля. Насосы подают топливо из бака к насосам высокого давления. Шестеренный насос (рис. 8.1) состоит из корпуса и крышки с серповидным выступом. В крышку запрессована ось, на которой свободно вращается шестерня, входящая в зацепление с ведущей шестерней внутренними зубьями. Ведущая шестерня выполнена за одно целое с приводным валиком, соединенным муфтой с электродвигателем мощностью 0,5 кВт. Наружная цилиндрическая поверхность ведущей шестерни пришлифована к расточке корпуса, а вершины зубьев — к нижней поверхности серповидного выступа крышки насоса. Топливо, поступая через штуцер в полость корпуса насоса, заполняет впадины между зубьями шестерен и при движении двумя потоками сверху и снизу серповидного выступа поступает в нагнетательную полость насоса, а оттуда — в трубопровод.

Вал шестерни уплотняется бронзовыми втулками, припаянными к гофрированной латунной втулке (сильфону). Бронзовая втулка притирается к стальной, напрессованной на валик, и прижимается к ней пружиной. Допускается утечка топлива по валику не более одной капли в 1 мин.

На тепловозе ТЭП70 подкачивающий насос описанного типа работает только во время пуска дизеля. Во время работы дизеля подачу топлива к насосам высокого давления обеспечивает шестеренный насос с приводом от вала дизеля. При давлении топлива в нагнетательной полости выше 0,06 МПа перепускной клапан перепускает часть топлива во всасывающую полость насоса.

Состояние топливоподкачивающего насоса проверяется при всех ТО и ТР-1. При этом проверяют легкость вращения вала насоса и состояние муфты.

При проведении ТР-2 топливоподкачивающий насос снимают с тепловоза и на стенде проверяют подачу топлива. Проверяют работу сальникового уплотнения.

При проведении ТР-3 топливоподкачивающий насос снимают, разбирают, ремонтируют, опрессовывают и на стенде проверяют подачу топлива.

Топливные фильтры. В топливной системе установлены различные топливные фильтры: предварительной очистки, которые задерживают лишь крупные частицы; грубой очистки, задерживающие частицы крупнее 50 мкм; тонкой очистки, не пропускающие частицы размером более 4 мкм. Все топливные фильтры состоят из двух частей — корпуса и фильтрующего элемента.

Фильтры предварительной очистки — это сетки заправочных горловин топливных баков.

Фильтры грубой очистки (рис. 8.2). В качестве очистительных элементов в них применяют гофрированные металлические стаканы, на которые навита латунная лента специального профиля. Между витками образуются щели шириной 0,07...0,09 мм, которые задерживают частицы более крупных размеров.

На тепловозах с дизелями типа Д49 в качестве фильтрующих элементов используют сетчатые диски, собранные в пакет на трехгранном стержне и удерживаемые на нем с помощью стяжной гайки. Топливо поступает снаружи, и, проходя через сетки внутрь, оставляет на них механические частицы размером более 45 мкм. Частицы скапливаются в нижней части корпуса фильтра, откуда их периодически удаляют через отверстие, закрытое пробкой.

Фильтр тонкой очистки (рис. 8.3) устанавливают на линии нагнетания подкачивающего насоса, перед коллектором насосов высокого давления. Войлочно-щелевой фильтр комбинированного типа применяется на дизелях ранних выпусков. В настоящее время широкое применение находит фильтр тонкой очистки с бумажными элементами, которые задерживают частицы крупнее 3 мкм. Бумажные элементы заменяют новыми через 50 тыс. км пробега. Контроль за состоянием фильтрующих элементов осуществляется по манометрам, установленным до и после фильтра тонкой очистки.

Может устанавливаться и сигнализатор загрязненности фильтра, который представляет собой реле, реагирующее (срабатывающее) на разность давлений до и после фильтра. Сигнал реле может подаваться звуковым или световым указателем. Топливные насосы высокого давления (рис. 8.4). Они бывают секционными (дизели Д100, Д49, ПД1М и др.) и блочными, объединяющими в одном корпусе несколько насосных секций (дизели 11Д45, 14Д40, М750 и др.).

Рис. 8.1. Схема работы насоса (а) и его устройство (б):

1 — ведущая шестерня с внутренними зубьями; 2 — ведомая шестерня; 3 — корпус; 4 — нагнетательная полость; 5 — всасывающая полость насоса; б — отверстие с резьбой для крепления топливоподкачивающей трубы; 7 — втулка; 8, 10, 11 — сильфонное уплотнение; 9 — пружина; 12 — уплотнительное кольцо; 13 — гайка; 14 — ось; 15 — регулировочные прокладки; 16 — крышка; 17 — заглушка; А — серповидный выступ; Б — приводной валик

Рис. 8.2. Фильтры грубой очистки топлива тепловозов:

а — с двумя стаканами; б — с одним стаканом; 1 — штуцера; 2 — стержень; 3, 14 — пробки; 4— пробковой кран; 5 — корпус; 6, 13— прокладки; 7, 9, 17— фильтрующие элементы; 8 — колпак; 10 — шпилька; 11 — проставка; 12 — пружина; 15 — крышка; 16 — трехгранный стержень; 18 — нажимная гайка

При проведении ТО-3 фильтры грубой очистки разбирают, промывают или производят замену фильтрующих элементов.

При проведении ТР-1, ТР-2, ТР-3 производят смену фильтрующих элементов и промывку корпуса фильтров грубой и тонкой очистки топлива.

Рис. 8.3. Фильтры тонкой очистки топлива тепловозов 2ТЭ10В (а)и ТЭП70 (б):

53

1, 9, 15 — пробки; 2 — стержень; 3, 11 — корпуса; 4 — колпак; 5 — фильтрующие элементы; 6, 17— бумажные шторы; 7— пружина; 8 — гайка; 10— шарик; 12 — крышка-кронштейн; 13 — кольцо резиновое; 14 — пробковый кран; 16 — крышка; 18, 19 — перфорированные картонные цилиндры

Секционные насосы высокого давления проще заменять в случае повреждения при эксплуатации. Их достоинство — облегченная регулировка, улучшенная равномерность подачи топлива по цилиндрам, короткие нагнетательные трубки, имеющие одинаковую длину и форму. Блочные насосы высокого давления значительно (относительно секционных) меньше в размерах. Они удобнее в эксплуатации, так как их плунжерная пара (подвесного типа) не деформируется под действием монтажных усилий; механизм привода реек, скрытый в корпусе, обеспечивает легкую и быструю регулировку. Серьезный их недостаток — разная длина трубок высокого давления, что влияет на неравномерность подачи топлива по цилиндрам.

Принципиально процесс подачи топлива топливными насосами в цилиндры тепловозных дизелей осуществляется одинаково (рис. 8.5). В любом топливном насосе, осуществляющем подачу и дозировку топлива, имеется насосный элемент — плунжерная прецизионная пара, состоящая из гильзы и плунжера, хорошо пригнанных и притертых друг к другу. Плунжер топливного насоса приводится в движение от кулачкового вала топливных насосов через толкатель с роликом. Толкатель, расположенный в корпусе, прижимается к кулачку пружиной.

Топливо подается через нагнетательный клапан по трубопроводу к форсунке при движении плунжера вверх. Давление в системе «топливный насос — трубопровод — форсунка» определяется усилием пружины, запирающей через штангу иглу форсунки. При достижении давления, достаточного для подъема иглы от седла распылителя, топливо через сопло распылителя поступает в цилиндр дизеля. Порция топлива определенной величины обеспечивается топливным насосом. После подачи порции топлива, давление перед нагнетательным клапаном (над плунжером) резко падает, хотя плунжер продолжает поступательное движение под действием кулачка. Нагнетательный клапан топливного насоса закрывается и своим ходом разгружает давление в трубопроводе к форсунке. Под действием пружины через штангу игла форсунки закрывается, и подача топлива в цилиндр прекращается. Обратный ход плунжер совершает под действием своей пружины. При этом увеличивается объем надплунжерного пространства, которое заполняется топливом из топливного коллектора через отверстие в гильзе.

Регулирование порции топлива (рис. 8.6) осуществляется положением плунжера относительно гильзы (не путать с поступательным движением плунжера, которое имеет постоянное значение и зависит от высоты кулачка вала).

Рис. 8.4. Топливный насос дизеля 5Д49:

1 — направляющая втулка толкателя; 2 — толкатель; 3 — резиновые кольца; 4 — пружина; 5 — поворотная шестерня; 6 — рейка; 7 — плунжер; 8, 10 — штуцера; 9 — корпус нагнетательного клапана; 11 — гильза плунжера; 12 — тарелки плунжера; 13 — корпус насоса; 14 — регулировочные прокладки; 15 — регулировочный винт

Рис. 8.5. Схема работы топливного насоса: 1— 6 — положения плунжера

Рис. 8.6. Схема изменения порции топлива и типы плунжерных насосов:

а — плунжер с управлением конца подачи топлива; б — плунжер с управлением началом подачи топлива; в — плунжер с управлением началом и концом подачи топлива; 1—6— положения плунжера

В топливном насосе имеется шестеренка в зацеплении с зубчатой рейкой. Плунжер при поступательном движении строго ориентирован относительно гильзы шлицами в шестеренке. Рейка, поворачивая шестеренку, поворачивает плунжер относительно гильзы. Головка плунжера имеет винтовой скос, изменяющий полезный ход плунжера, при котором плунжер нагнетает топливо, перекрывая отверстие в гильзе. От угла поворота плунжера (т. е. положения рейки топливного насоса высокого давления) относительно гильзы изменяется порция топлива, подаваемого в цилиндр двигателя. Большое значение в работе топливной аппаратуры имеет нагнетательный клапан (рис. 8.7). В момент окончания подачи плунжером порции топлива, нагнетательный клапан возвращается на свое место. Для обеспечения быстрого падения давления в топливопроводе нагнетательный клапан имеет разгрузочный поясок, вследствие чего клапан при нагнетании вынужден значительно подниматься над седлом даже при минимальной подаче топлива. После отсечки подачи клапан совершает значительный путь при посадке в гнездо, увеличивая объем в нагнетательном трубопроводе. Поэтому давление в трубопроводе резко падает, обеспечивая четкое прекращение подачи топлива форсункой без подтекания. Однако при чрезмерной и разной длине трубопровода подтекание полностью не устраняется вследствие подтекания топлива форсункой, что отрицательно сказывается на работе дизеля. Отрицательным эффектом топливной аппаратуры также следует считать подвпрыскивание топлива, снижающее экономичность дизеля. Оно вызывается колебаниями давления в нагнетательном топливопроводе после посадки иглы форсунки в седло корпуса распылителя, вследствие чего образуется гидроудар, т.е. амплитуда волны давления достигает значения, достаточного для отрыва иглы форсунки от седла. С целью устранения подвпрыскивания сокращают объем между насосом и форсункой.

Гильзы, плунжеры, нагнетательные клапаны и их седла, ролики толкателей изготавливают из высоколегированных сталей (ШХ-15, 12ХНС, 20ХГР и др.). Насосы дизеля 5Д49 устанавливают в расточки лотка дизеля (рис. 8.8) и крепят к нему четырьмя шпильками. Толкатели насосов цилиндров правого и левого рядов приводятся в действие одной и той же кулачковой шайбой распределительного вала. Положение гильзы в корпусе насоса зафиксировано стопорными винтами.

Рис. 8.7. Нагнетательные клапаны топливных насосов:

а — с разгрузочным пояском; б — с вытеснителем; 1 — направляющее перо клапана; 2 — разгрузочный поясок клапана; 3 — притирочный поясок клапана; 4 — корпус клапана; 5, 6 — ограничитель подъема клапана; 7— разгрузочный поясок; 8 — клапан; 9 — надплун-жерное пространство; 10 — отверстие в клапане; И — пружина

Головка плунжера имеет две отсечные кромки — верхнюю и нижнюю. В гильзе имеются два отверстия для подвода и отвода топлива. Спиральные отсечные кромки расположены так, что при движении рейки в корпус насоса подача топлива уменьшается, а при выдвижении из корпуса — увеличивается. Угол опережения подачи топлива по цилиндрам регулируют прокладками, устанавливаемыми между привалочным фланцем и корпусом толкателя. Толщина прокладок устанавливается на стенде завода-изготовителя. Ее значение выбивается на корпусе насоса.

На тепловозных дизелях установлены форсунки закрытого типа. Форсунки предназначены для введения топлива в камеру сгорания, обеспечивая при этом оптимальное смесеобразование топлива с воздухом, длину топливной струи, мелкость распыления топлива, равномерность распределения топлива по камере сгорания, высокое давление впрыскивания, четкие начало и конец процесса. Форсунки должны быть просты, иметь минимальные размеры и массу движущихся частей, низкую стоимость и высокую надежность. Форсунки различаются главным образом конструкцией распылителя, размерами проходных сечений, количеством и размерами сопловых отверстий, массой, габаритными и установочными размерами.

Форсунки дизелей типа Д49 отличаются тем, что сопло и корпус распылителя (рис. 8.9) крепятся к корпусу форсунки колпаком. В корпусе распылителя размещена игла и ограничитель подъема иглы. Корпус распылителя и игла тщательно притираются друг к другу и являются прецизионной парой. Игла прижимается к корпусу распылителя пружиной через штангу и ограничитель подъема иглы. Пружина через тарелку затягивается регулировочным винтом и фиксируется гайкой. На регулировочный винт устанавливают штуцер, к которому присоединяется трубка отсечного топлива, которое просачивается (и играет роль смазки) между иглой и корпусом распылителя.

Рис. 8.8. Лоток:

1 — рычаги толкателей привода клапанов; 2 — корпус лотка; 3 — опорный подшипник; 4 — распределительный вал; 5 — вал привода реек топливных насосов; 6 — рычаг; 7 — топливный насос; 8, 9 — шайбы для управления впускными и выпускными клапанами; 10 — зажимная гайка; 11 — кулачковая шайба для приведения в действие топливных насосов; 12 — рычаг управления рейками топливных насосов; 13 — зубчатая втулка; 14 — шестерня; 15 — шлицевой вал; 16 — упорные кольца; а — канал для масла

Топливо к форсунке подается через щелевой фильтр в канал корпуса форсунки и далее в кольцевую камеру корпуса распылителя. Эти форсунки устанавливают в крышки цилиндров и крепят шпильками. Уплотнение соединений достигается за счет конусных поверхностей, прокладок и уплотнительных колец. На дизелях типов Д49 и \ФЕ 17/24 форсунки устанавливаются в крышках цилиндров наклонно, что позволяет монтировать их без снятия крышек клапанных коробок.

В процессе работы топливных насосов и форсунок начало и конец подачи топлива в цилиндры соответствуют определенным положениям коленчатого вала дизеля. В зависимости от заданного машинистом режима работы дизеля, насосы регулируют количество топлива, подаваемого в цилиндры. Подачу топлива в камеру сгорания, тщательное его распыление и перемешивание с воздухом обеспечивают форсунки дизеля. Для нормального выполнения заданных функций детали топливной аппаратуры изготавливают с высокой степенью точности и регулируют на строго определенную взаимозависимость их работы. В эксплуатации происходит износ деталей топливной аппаратуры. Главные причины износа — недостаточная чистота топлива и масла, а также попадание воды в топливо. В результате нарушается регулировка топливной аппаратуры, ухудшается процесс сгорания топлива в цилиндрах дизеля, снижается экономичность и надежность тепловоза в целом.

При проведении ТО-2 проверяют во время работы дизеля течь топлива в соединениях трубопроводов. Контролируют работу механизма выключения части топливных насосов при работе дизеля в холостом режиме. Проверяют работу форсунок, если наблюдается дымный выхлоп.

При проведении ТО-3 и ТР-1 проверяют механизм управления рейками топливных насосов; проверяют устройство для отключения топливных насосов; форсунки снимают и проверяют на стенде на качество распыла, на давление впрыска, на плотность и подтекание.

При проведении ТР-2 и ТР-3 снимают с дизеля форсунки, топливные насосы и другие детали топливной аппаратуры для их разборки и ремонта.

Рис. 8.9. Форсунка дизеля:

1, 2 — штуцера; 3 — регулировочный штуцер; 4 — тарелка; 5, 8 — резиновые кольца; 6 — пружина; 7 — корпус; 9 — толкатель; 10 — колпак; 11 — корпус иглы; 12 — распылитель; 13 — игла; 14 — щелевой фильтр; а, б — каналы

4.3. Регулирующая аппаратура

Регулирующая аппаратура дизеля предназначена для обеспечения постоянства частоты вращения коленчатого вала и реализации полной мощности дизеля независимо от изменений внешней нагрузки, а также защиты дизеля от превышения допустимой частоты вращения.

К регулирующей аппаратуре дизеля относятся: механизм защиты дизеля, регулятор, механизм управления частотой вращения и механизм управления нагрузкой.

Механизм защиты дизеля от «разноса» (превышение установленной предельной частоты вращения коленчатого вала) автоматически останавливает дизель при превышении частотой враще-

ния коленчатого вала предельного значения. Остановка дизеля происходит путем перестановки реек топливных насосов в положение нулевой подачи топлива и подачи гидравлического импульса на закрытие воздушной заслонки. Предельный выключатель устанавливается на приводе распределительного (кулачкового) вала дизеля. Чувствительный элемент, контролирующий предельную частоту вращения, состоит из груза, эксцентрично закрепленного на валу, пружины и упора. При превышении частоты вращения выше допустимой груз под действием центробежных сил, преодолевает усилие пружины, установленной в упоре, перемещается в радиальном направлении и нажимает на рычаг, выводя его из зацепления со стаканом. Стакан под действием пружины, воздействующей на механизм управления топливными насосами, устанавливает рейки в нулевую подачу топлива. Одновременно подается гидравлический импульс на мембранный пакет сервомотора и воздушная заслонка перекрывает воздушный тракт. Дизель без подачи топлива и воздуха останавливается. Следует добавить, что на некоторых дизелях воздушную заслонку не ставят.

Предельный выключатель имеет как ручное управление, так и электрическое — от кнопки, находящейся на пульте в кабине машиниста, которое используют в аварийных ситуациях. Как правило, в эксплуатации предельный выключатель ухода не требует.

Регулятор предназначен для поддержания постоянной (заданной машинистом) частоты вращения коленчатого вала дизеля. Чтобы обеспечить устойчивую частоту вращения коленчатого вала, нужно либо добиваться постоянства нагрузки на дизель, либо регулировать подачу топлива в цилиндры в соответствии с изменяющейся нагрузкой. Если регулятор поддерживает частоту вращения коленчатого вала за счет регулирования цикловой подачи топлива, то его называют регулятор ом частоты вращения. Если регулятор поддерживает постоянство частоты вращения вала дизеля не только за счет регулирования цикловой подачи топлива в цилиндры, но и за счет регулирования нагрузки на дизель, то его называют объединенным регулятором. Регуляторы частоты вращения устанавливаются на дизелях 2Д1.00, Д50, ПД1М, М750 и др. Объединенные регуляторы частоты вращения коленчатого вала и нагрузки дизеля применяются на дизелях 10Д100, 14Д40, 11Д45, 5Д49.

По принципу действия и конструкции части, регулирующей частоту вращения коленчатого вала, оба регулятора практически не различаются. Схемы регуляторов частоты вращения приведены на рис. 8.10. Основным элементом регулятора является измеритель частоты вращения коленчатого вала, реагирующий на изменение угловой скорости его вращения

Машинист с помощью контроллера подает к измерителю сигнал настройки Н. В случае, если сигнал угловой скорости со соответствует сигналу настройки Н, сигнал регулирования Дг измеритель частоты не вырабатывает. При изменении внешней нагрузки частота вращения коленчатого вала дизеля изменится и не будет соответствовать заданной настройке Н. Измеритель частоты зафиксирует это несоответствие и выдаст сигнал регулирования Дг. Этот сигнал поступает на регулирующий орган — рейку топливного насоса для изменения цикловой подачи топлива в цилиндры. Если сигнал Дг непосредственно передается регулирующему органу топливного насоса, такой регулятор называют регулятором прямого действия (см. рис. 8.10). У мощных дизелей регулятор соединен с рейками топливных насосов передачей из системы рычагов и тяг, и для приведения их в действие требуется значительное усилие. Поэтому сигнал регулиро-

вания Дг у регуляторов тепловозных дизелей сначала усиливается серводвигателем до Ау, а затем передается на регулирующий орган насоса. Регуляторы с серводвигателем (рис. 8.11) называют регуляторами непрямого действия с обратной связью. Обратная связь предназначена для корректировки входного сигнала Аг (см. рис. 8.10) в серводвигатель в зависимости от выходного Ау. Применение обратной связи обеспечивает устойчивость процессу регулирования и гасит колебательный режим. По сигналу Ау цикловая подача топлива изменяется так, чтобы частота вращения вала дизеля соответствовала заданной настройке Н измерителя частоты вращения. В установившемся режиме усилие всережимной пружины уравновешивается центробежной силой грузов. Золотник удерживается компенсирующей пружиной в среднем положении, при котором плунжер нижним диском перекрывает окна в золотнике, который соединен каналом с камерой под силовым поршнем серводвигателя. Масло, подаваемое шестеренным насосом по боковому каналу, поступает в аккумулятор. Поршни аккумулятора под давлением масла опускаются, сжимая пружины, и масло через отверстие сливается в масляную ванну. Силовой и компенсирующий поршни неподвижны, так как канал в золотнике перекрыт диском плунжера, поэтому масло под силовым поршнем не имеет выхода.

Увеличение частоты вращения коленчатого вала происходит при уменьшении нагрузки на дизель. Под действием центробежных сил грузы начинают расходиться и своими рычагами через подшипник поднимают плунжер. Диск плунжера открывает окна в золотнике, и масло из-под силового поршня начинает сливаться в ванну регулятора. Силовой поршень перемещается вниз, уменьшая подачу топлива в цилиндры дизеля, вследствие чего частота вращения коленчатого вала будет уменьшаться. Компенсирующий поршень образует верхнюю и нижнюю полости, заполненные маслом. Верхняя полость соединяется каналом с полостью под поршнем золотника. Пространство над поршнем не может быть сразу заполнено маслом через дроссельное отверстие, поэтому поршень с золотником в результате перепада давлений будет медленно подниматься вверх, сжимая компенсирующую пружину.

При этом окна золотника будут перекрываться диском плунжера, что уменьшит утечку масла из-под силового поршня. Частота вращения коленчатого вала, достигнув максимума для данной регулировки, начнет уменьшаться, а грузы соответственно сходиться. После того как окна золотника перекроются диском плунжера, движение силового поршня прекратится, но частота вращения продолжит уменьшаться. Грузики регулятора сближаются и плунжер смещается вниз, открывая окна золотника для подачи масла под силовой поршень.

Плунжер и золотник движутся к исходному положению вместе, обеспечивая уменьшение подачи топлива, и частота вращения коленчатого вала восстанавливается до первоначально заданной. Положение игольчатого клапана существенно влияет на колебательный процесс, уменьшая или, наоборот, увеличивая время переходного периода. Машинист с помощью механизма управления частотой вращения коленчатого вала задает необходимые режимы регулятору, который обеспечивает постоянство нагрузки на дизель.

Рис. 8.10. Схемы регуляторов частоты вращения дизелей:

а — регулятор прямого действия; б — регулятор непрямого действия с серводвигателем; в — изодромный регулятор непрямого действия с обратной связью; 1 — привод от коленчатого вала; 2 — букса; 3 — шарнир грузика; 4 — подшипник; 5 — грузик; 6 — всережимная пружина; 7 — зубчатая втулка; 8 — зубчатый сектор; 9 — контроллер; 10 — стержень привода реек; 11 — серводвигатель; 12 — рычаг; 13 — золотник; 14 — изодром; 15 — пружина изодрома; 16 — регулировочная игла; ш — угловая скорость вращения; Ау — выходной сигнал; Дг — входной сигнал; Н — сигнал настройки

При увеличении нагрузки на дизель золотниковая часть регулятора работает аналогично, соответственно обеспечивая увеличение подачи топлива в цилиндры двигателя пропорционально увеличению нагрузки, восстанавливая частоту вращения коленчатого вала до первоначально заданного значения.

Задание новой частоты вращения коленчатого вала контроллером машиниста обеспечивается увеличением или уменьшением затяжки всережимной пружины. Частота вращения коленчатого вала дизеля увеличивается при усилении затяжки. Изменением затяжки нарушается равновесие между усилием всережимной пружины и силой инерции вращающихся грузов и одновременно задается новое исходное

положение плунжеру. При этом повторяются все процессы, которые происходят при увеличении или уменьшении нагрузки на дизель.

Рис. 8.11. Серводвигатель регулятора:

1 — сальник; 2 — крышка корпуса; 3 — компенсирующий поршень; 4 — ось; 5 — перегородка; 6 — силовой поршень; 7 — корпус; 8 — пружина

4.4. Объединенный регулятор частоты вращения и мощности

Всережимный, изодромный объединенный регулятор центробежного типа с гидравлическим усилителем (серводвигателем), с собственной масляной системой, с электрогидравлической системой управления частотой вращения, с устройством для автомагического регулирования мощности дизельгенератора и со стопустройством по импульсу от системы защиты дизеля устанавливается на дизелях 10Д100, 14Д40, 11Д45, 5Д49 и др. Этот регулятор (рис. 8.12) состоит из измерителя частоты вращения; серводвигателя — усилителя сигнала частоты вращения коленчатого вала, обратной связи регулятора частоты вращения; серводвигателя нагрузки, обратной связи регулятора нагрузки и индуктивного датчика.

Измеритель частоты вращения использует центробежную силу инерции груза, вращающегося вокруг оси, поэтому его называют центробежным. Центробежный измеритель частоты вращения вместе с золотниковой частью вращается в центральном отверстии корпуса регулятора. Золотниковая часть (рис. 8.13) представляет собой буксу с размещенным внутри золотником. В нижнюю часть буксы запрессована золотниковая втулка, которая внутренними шлицами соединяется с приводным валом регулятора. На наружные шлицы втулки насажена ведущая шестерня масляного насоса. На верхнюю часть буксы напрессована шестерня, на которой закреплены два груза, которые выполнены в виде угловых рычагов, качающихся на игольчатых подшипниках своих осей. Концы рычагов через тарелки и шариковый подшипник упираются в пружину измерителя. Верхний конец пружины упирается в поршень серводвигателя управления, а верхняя часть золотника головкой соединяется с опорной тарелкой пружины.

Серводвигатель управления принимает сигнал настройки, подаваемый машинистом, и осуществляет затяжку пружины. Число возможных настроек (затяжек) пружины равно числу позиций контроллера, поэтому пружину называют всережимной. Затяжку пружины усиливают при необходимости увеличения частоты вращения вала дизеля. При заданной настройке и установившейся частоте вращения центробежные силы грузов уравновешиваются усилием затяжки всережимной пружины. При изменении настройки (затяжки) пружины равновесие грузов нарушается, и они начинают сходиться при усилении или расходиться при ослаблении, заставляя перемещаться золотник вниз или вверх, В результате этого золотник подает сигнал регулирования, и поршень серводвигателя занимает новое положение. Шток поршня серводвигателя одним концом соединен системой тяг и рычагов с рейками топливных насосов, другим — через коромысло и рычаг связан с поршнем серводвигателя управления. Движение поршня вверх под действием давления масла, поступающего через золотник из аккумуляторов, увеличивает подачу топлива и наоборот. Изменение подачи топлива осуществляется перемещением реек топливных насосов, которые связаны рычагами со штоком сервомотора. Изодромная обратная связь ограничивает движение поршня серводвигателя, обеспечивая плавное изменение процесса регулирования.

Рис. 8.12. Схема объединенного регулятора дизеля 5Д49:

1 — ванна для масла регулятора; 2 — рычажная передача; 3 — вал; 4 — серводвигатель индуктивного датчика; 5 — индуктивный датчик (ИД); 6 — тяга; 7 — золотник серводвигателя ИД; 8 — регулировочный винт траверсы; 9 — регулировочный винт остановки дизеля; 10 — поршень серводвигателя всережимной пружины; 11 — плунжер; 12 — золотник серводвигателя; 13 — грузы измерителя частоты вращения; 14 — поршни аккумуляторов; 15 — масляный насос регулятора; 16 — букса; 17 — золотник управления частотой вращения; 18 — сектор согласования поршней; 19 — втулка подвижная; 20 — всережимная пружина; MPI — МР6 — электромагнитные датчики

Процесс регулирования изменившегося режима работы дизеля завершается тогда, когда серводвигатель установит режим топливных насосов на подачу, соответствующую новому режиму. Регулятор мощности (нагрузки) дизеля состоит из золотникового устройства (измерительный орган), обратной связи и серводвигателя с индуктивным датчиком. Золотниковое устройство управляет подачей масла в серводвигатель, изменяя индуктивность в системе регулирования возбуждения тягового генератора. При уменьшении нагрузки на дизель, например при отключении компрессора, регулятор снижает подачу топлива и одновременно изменяет индуктивность на увеличение возбуждения тягового генератора. Вследствие увеличения нагрузки на дизель генератором, регулятор увеличивает подачу топлива до первоначального уровня.

Электрогидравлическое управление частотой вращения осуществляется контроллером машиниста, обеспечивая в определенной последовательности питание электромагнитов MPI, МР2, МРЗ, и МР4. Электромагниты перемещают золотник, который обеспечивает, с помощью подачи масла, соответствующее перемещение поршня серводвигателя, чем и достигается изменение; порций топлива в цилиндры дизеля, а следовательно, и частоты вращения коленчатого вала. Механизм вывода индуктивного датчика в положение минимального возбуждения состоит из электромагнита МР5 и золотника. В случае затяжного боксования тепловоза на магнит МР5 поступает электропитание, и он перемещает золотник вниз. Верхний рабочий поясок золотника перекрывает подачу масла из аккумулятора и соединяет полость над поршнем серводвигателя с ванной регулятора. Масло из верхней полости серводвигателя сливается, и поршень вдвигает сердечник в катушку. Дизель разгружается, и тепловоз прекращает боксование.

Рис. 8.13. Золотниковая часть регулятора:

1, 9 — зубчатые колеса; 2 — винт; 3, 15 — тарелки; 4, 19 — пружины; 5 — втулка; 6 — прокладка; 7 — золотник; 8 — кольцо; 10, 13 — фланцы; 11 — траверса; 12, 18, 22 — шарикоподшипники; 14, 26 — гайки; 16 — грузы; 17 — валик; 20 — муфта; 21 — кулачковая шайба; 23 — плунжер; 24 — букса; 25 — хвостовик

Стоп-устройство дизеля (МР6, блокировочный магнит) предназначено для автоматической и дистанционной остановки дизеля. При отсутствии питания оно открывает канал для слива масла в ванну из-под поршня серводвигателя. При этом рейки топливных насосов выключают подачу топлива, и дизель останавливается. Регуляторы относят к устройствам, для которых требуется особо тщательное изготовление, сборка деталей, тонкая регулировка при настройке и особое внимание при обкатке и испытаниях. В процессе эксплуатации и ТО-2 необходимо следить за уровнем масла в регуляторе. При необходимости его добавляют до уровня, установленного меткой маслоуказателя.

При проведении ТО-3 производится смена масла сразу же после остановки дизеля на каждом пятом ТО-3, т.е. через 50 ООО км пробега тепловоза. Проверяется состояние тяг от регулятора до реек топливных насосов высокого давления.

При проведении ТР-1 кроме работ, выполняемых при ТО-3, дополнительно проверяется работа рычажного механизма предельного выключателя и проверяется частота вращения коленчатого вала дизеля по позиции контроллера. При отклонениях частоты вращения свыше допустимых производится регулировка.

При проведении ТР-2 выполняются работы, предусмотренные при ТР-1 и дополнительно снимается и разбирается серводвигатель регулятора. Производится замена резиновых уплотнительных колец.

При проведении ТР-3 регулятор снимают с дизеля, разбирают, осматривают состояние деталей и при необходимости ремонтируют.

При капитальных ремонтах регулятор подвергается восстановительному ремонту в полном объеме.