книги из ГПНТБ / Лихачев В.С. Испытания тракторов учеб. пособие

мости мощности N e и удельного расхода топлива ge от угла опере­ жения подачи топлива Ѳ при постоянной номинальной угловой скорости вала и фиксированном положении рейки топливного насоса, соответствующем максимальной мощности двигателя при работе с регулятором. При постоянной угловой скорости вала и неизменном положении рейки топливного насоса обеспечивается постоянный расход топлива.

При этом в результате изме­ нения угла опережения подачи топлива изменяется тепловой процесс двигателя, а следова-

лива минимум его удельного расхода совпадает с максимумом

(рис. 2) представляет собой график изменения мощности Ne и удель­ ного расхода топлива ge в зависимости от часового расхода топ­ лива GT при работе двигателя без регулятора с постоянной номи­ нальной угловой скоростью вала при принятых оптимальных ве­ личинах угла опережения подачи и давления впрыска топлива. Увеличение или уменьшение подачи топлива достигается измене­ нием положения рейки топливного насоса. Если позволяет кон­ струкция двигателя, то при снятии данной характеристики для каждого опыта подбирают оптимальный угол опережения подачи топлива.

По аналогии с рассмотренными могут быть сформулированы регулировочные характеристики других видов.

Для дизелей, работающих с большим коэффициентом избытка воздуха, снижение мощности из-за переобогащения смеси при боль­ шой подаче топлива лежит часто за пределами допустимых силовых

7

и тепловых нагрузок. Поэтому на характеристиках дизелей в боль­ шинстве случаев нет перегиба кривой мощности при больших пода­ чах топлива на цикл.

Аналитически обоснованных способов выбора оптимальных ре­ гулировок двигателя по расходу топлива не существует, и на прак­ тике применяют способы, основанные на условном понятии оптимальной ре­

нальную регулировку по расходу топлива устанавливают, исходя из необходимости обеспечения запаса крутящего момента, рав­ ного 12— 15% максимального крутящего момента при допустимом форсировании двигателя во время работы с кратковременными перегрузками.

Из сказанного следует, что если дизель имеет недостаточный запас крутящего момента, то для увеличения последнего достаточно понизить в необходимой степени установку номинальной подачи топлива (в момент включения корректора подачи топлива) и соот­ ветственно увеличить диапазон работы корректора подачи топлива.

§ 3. ВНЕШНЯЯ (СКОРОСТНАЯ) ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ

Внешней или скоростной характеристикой двигателя называют кривую изменения мощности N e в зависимости от угловой скорости со (частоты вращения п) коленчатого вала при работе двигателя без регулятора (рис. 4). Регулировка по расходу топлива при сня­ тии внешней характеристики остается неизменной, принятой

8

в качестве номинальной для условии эксплуатации двигателя. У дизеля рейку топливного насоса устанавливают в положение начала включения корректора подачи топлива.

9е-*0'>

г/Дж

85

80

75

9

устойчивую работу двигателя при данном скоростном режиме, до подачи, соответствующей предельной мощности.

Ту же характеристику можно получить, сняв серию нагрузоч­ ных характеристик при различной частоте вращения вала и выклю­

кривые других, желаемых параметров Т Одновременно отмечают начало дымной работы двигателя.

Многопараметровая характеристика соединяет в себе качества регулировочных и скоростных характеристик и дает таким обра­ зом болёе полную картину работы двигателя на различных безрегуляторных режимах. Поэтому такую характеристику называют еще у н и в е р с а л ь н о й . Однако получение многопараметро­ вой характеристики требует большого объема экспериментальных работ и может быть оправдано лишь специальными задачами иссле­ дования.

§ 5. РЕГУЛЯТОРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ

Регуляторная характеристика определяет показатели работы двигателя с регулятором при принятых для условий эксплуатации регулировках на всем диапазоне нагрузок от холостого хода до максимальной мощности и до нагрузок, соответствующих макси­ мальному крутящему моменту.

Регуляторная характеристика может быть построена в функ­ ции угловой скорости (частоты вращения) вала Ne, Мд, GT, ge =

(частоты вращения) вала, полезна только для некоторых специаль­ ных случаев анализа, для изучения работы двигателя с регулято­ ром она неудобна, так как ветвь кривой, соответствующая основ­ ным рабочим режимам (т. е. собственно регуляторная ветвь), рас­ положена на небольшом отрезке графика по оси абсцисс. Поэтому какой-либо анализ в этой области характеристик, особенно анализ экономичности двигателя или степени его нагрузки в таком мас­ штабе весьма затруднителен. В этом отношении более удобна регу­ ляторная характеристика, построенная в функции мощности.

Характеристика, построенная в функции крутящего момента, весьма удобна для изучения работы двигателя при различной на­ грузке, особенно для изучения ее совместно с тяговой характери­ стикой трактора. В связи с этим такую форму характеристики

при испытаниях, или на графике зафиксирован как постоянный, не изменяю­ щийся при изменении аргумента.

11

в)

При изучении регуляторной характеристики, кроме показа­ телей работы двигателя в характерных ее точках (холостой ход, максимальная мощность, максимальный крутящий момент, мини­ мальный удельный расход топлива), определяют статизм или сте­ пень неравномерности регулятора, коэффициент приспособляе­ мости или запас крутящего момента двигателя, степень снижения угловой скорости (частоты вращения) вала двигателя в области использования запаса крутящего момента и характер изменения топливной экономичности двигателя в рабочем диапазоне мощно­ стей. Для анализа работы двигателя при различных скоростных режимах снимают семейство регуляторных характеристик при различных установках задающего органа регулятора.

§ 6. ХАРАКТЕРИСТИКА РЕГУЛЯТОРА ДВИГАТЕЛЯ

Качество работы двигателя определяется не только регули­ ровками, влияющими на параметры его рабочего процесса, но и качеством регулирования, которое, в свою очередь, зависит от характеристики регулятора и от его настройки.

При испытаниях двигателя наряду с проверкой и уточнением регулировок по подаче топлива и по углу опережения подачи, часто приходится настраивать регулятор. Настройку новых моделей регуляторов приходится изучать, опираясь на статическую ха­ рактеристику регулятора. На рис. 8 показана статическая харак­ теристика центробежного регулятора.

При установившемся режиме работы двигателя его скоростной режим определяется равновесным состоянием регулятора, когда центробежная сила С его грузов уравновешивается силой F натя­

Оси ординат этих характеристик сдвинуты относительно друг друга на величину г0 — расстояния от центра тяжести грузов до оси вращения в момент выключения регулятора, когда рейка топлив­ ного насоса достигает номинальной подачи (начало работы кор­ ректора).

Прямая сон является параметрической характеристикой цен­ тробежных сил грузов регулятора при номинальной угловой ско-

13

Разность (ü)x— сон) между скоростью холостого хода и номи­ нальной скоростью называется статической ошибкой регулирова­

При включении в работу корректора подачи топлива к жест­ кости пружины регулятора добавляется жесткость пружины кор­ ректора, и характеристика регулятора в области sK использова­ ния запаса крутящего момента двигателя резко наклоняется, что приводит к большому снижению угловой скорости двигателя в этой области. Начальная затяжка пружины корректора и ее жесткость должны быть согласованы с усилием F„ деформации пружины ре­ гулятора в точке 1 включения корректора. Правильный подбор этих параметров обеспечивает оптимальный характер кривой эф­ фективной мощности в области ее максимума на регуляторной ха­ рактеристике.

Если пружина корректора не имеет предварительной затяжки, то при небольшой ее жесткости кривые регуляторной характери­ стики в зоне максимальной мощности протекают плавно, а при большой жесткости пружины имеют выраженный перелом в макси­ муме. При наличии значительной предварительной затяжки пру­ жины корректора, особенно при большой ее жесткости, в момент включения корректора происходит разрыв процесса регулирова­ ния, и двигатель некоторое время работает в безрегуляторном ре­ жиме. На кривых регуляторной характеристики в этом случае в зоне включения корректора образуется ступенька, определяемая резким падением угловой скорости двигателя.

Оптимальное протекание кривых в зоне максимума мощности можно обеспечить пружиной корректора с переменной жесткостью (коническая или параболическая пружины), для чего приспо­ соблена, например, схема регулятора топливного насоса УТН-5.

Основными дефектами процесса регулирования двигателя, заг висящими от настройки регулятора, являются: 1) несоответствие скоростного режима двигателя заданному номинальному; 2) несо­ ответствие статизма (или степени неравномерности) регулятора заданномутехническими условиями (по ТУ б — 10 ± 2%); 3) неустойчивость регулирования. Могут встретиться также де­ фекты в законе регулирования (большое перерегулирование, коле­ бательность, недостаточное быстродействие регулятора). Эти недо­ статки относятся к дефектам конструкции регулятора и изучаются в теории автоматического регулирования.

Разберем дефекты настройки регулятора.

1. Пусть скоростной режим двигателя ниже заданного номи­ нального: (он1 < сон. Из рис. 9, а видно, что для повышения ско­ ростного режима достаточно увеличить начальное натяжение пру­ жины регулятора от FKl до FH. Для снижения скоростного режима необходимо уменьшить начальное натяжение пружины.

15

Для ограничения начального натяжения пружины регулятора, которое производится рукояткой акселератора, каждый регулятор

Рис. 9. Устранение дефектов настройки регулятора:

а — настройка скоростного ре­ жима; б — исправление степе­ ни неравномерности; ѳ — уст­ ранение неустойчивости в ра­ боте

холостого хода и тем уменьшить статическую ошибку регулирова­ ния:

К — ю„)<(ю*і — ю„),

тогда

На рис. 9, б видно, что для этой цели необходимо изменить ха­ рактеристику пружины регулятора, переместив ее из положения 1— 3 в положение 1—2.

Наклон характеристики пружины F = vs определяется пара­ метром V — ее жесткостью. Чем больше жесткость пружины, тем круче прямая F = / (s). Следовательно, для уменьшения статизма регулятора достаточно понизить жесткость его пружины и наобо­ рот.

16