Показатели работы регулятора числа оборотов и изменение их в процессе эксплуатации

Регулятор служит для поддержания постоянной частоты вращения коленчатого вала при изменении нагрузки на двигатель.

Основные показатели, характеризующие работу регулятора числа оборотов, — начало действия, степень неравномерности и степень нечувствительности. В процессе эксплуатации происходит изменение этих показателей, обусловленное перечисленными ниже факторами.

Начало действия регулятора соответствует такой частоте вращения кулачкового вала насоса, при которой регулятор начинает перемещать рейку при непрерывном увеличении частоты вращения вала. Этот момент обнаруживают но началу отхода (отрыва) подвижного элемента регулятора, соединенного с рейкой, от упора, ограничивающего максимальную подачу топлива. Частота вращения кулачкового вала, соответствующая началу действия регулятора, на 10—25 об/мин больше номинальной частоты вращения. Например, номинальная частота вращения вала насоса УТН-5 двигателя Д-50 равна 850 об/мин, а частота вращения, соответствующая началу действия регулятора,—865—875 об/мин.

Начало действия регулятора настраивают, изменяя величину предварительной затяжки пружин, воздействующих на муфту регулятора. При эксплуатации в результате износа сопряжений регулятора степень затяжки пружин уменьшается. Кроме того, теряется упругость пружин, так как появляются остаточные деформации. Одновременно с этим вследствие износа осей и втулок грузов и крестовины регулятора, а также лопаток увеличивается радиус вращения центра тяжести грузов, а следовательно, и величина центробежной силы грузов. По отмеченным причинам снижается частота вращения коленчатого вала (начало действия регулятора наступает при меньшем числе оборотов в минуту). Это влечет за собой уменьшение мощности двигателя и производительности машинно-тракторных агрегатов.

Степенью неравномерности регулятора называется разница между максимальной частотой вращения при работе на холостом ходу и номинальной частотой вращения коленчатого вала, отнесенная к средней частоте вращения и выраженная в процентах.

Если установить максимальные обороты холостого хода и начать постепенно нагружать двигатель, то частота вращения коленчатого вала будет снижаться. Это объясняется следующими обстоятельствами.

При работе вхолостую двигатель расходовал топливо на преодоление внутренних сил сопротивления . Если к коленчатому валу приложить внешнюю нагрузку, то энергии, расходуемой двигателем, не хватит на поддержание заданной частоты вращения коленчатого вала, вследствие чего последняя начнет снижаться. Снижение частоты вращения коленчатого вала повлечет за собой уменьшение центробежной силы грузов регулятора, т. е. нарушение равновесного состояния пружины регулятора и центробежной силы грузов. Со стороны пружины появится избыточная сила, которая переместит рейку в сторону увеличения подачи, не дав двигателю заглохнуть. Однако при этом частота вращения немного снизится (иначе не произошло бы перемещение рейки). Дальнейшее повышение нагрузки будет вызывать постепенное снижение частоты вращения коленчатого вала вплоть до момента выключения регулятора, соответствующего максимальной мощности двигателя. В этом случае подвижной элемент регулятора, связанный с рейкой насоса, коснется упора, ограничивающего максимальную подачу топлива.

При еще большем повышении нагрузки перемещению рейки будет препятствовать указанный упор, и только благодаря корректору двигатель не глохнет. Корректор позволяет рейке перемещаться дополнительно на некоторую величину, благодаря чему двигатель может преодолевать небольшие перегрузки. Однако при этом частота вращения коленчатого вала резко падает, что объясняется особенностью корректора, обусловливающей необходимость повышения крутящего момента.

При установке наружного рычага регулятора в положение упора, соответствующее наибольшей предварительной затяжке пружины регулятора, частота вращения коленчатого вала на холостом ходу будет максимальной пмакс х.

В случае правильной настройки регулятора частота вращения коленчатого вала, соответствующая максимальной мощности двигателя Л^макс, равна номинальному (расчетному) значению — пном. Такой скоростной режим работы называется номинальным (кривая 1 на рисунке).

Регуляторная характеристика дизеля при всережимном регулировании: 1 — номинальный скоростной режим; 2 — 5 — частичные (пониженные) скоростные режимы; Ne — мощность двигателя; Ne макс — максимальная мощность двигателя; п — частота вращения коленчатого вала; лНОм — номинальная частота вращения коленчатого вила; /гмакс х — максимальная частота вращения коленчатого вала на холостом ходу; лмин — минимальная частота вращения коленчатого вала; лмин х — минимальная частота вращения коленчатого вала на холостом ходу.

Степень неравномерности исправных регуляторов насосов различных марок при работе на номинальных скоростных режимах находится в пределах 4—8%. С понижением скоростного режима степень неравномерности регулятора повышается.

На степень неравномерности оказывают влияние жесткость пружины регулятора и износное состояние деталей регулятора. С уменьшением жесткости пружины, происходящим в процессе эксплуатации, а также вследствие изнашивания осей и втулок грузов, отверстий в крестовине под оси грузов степень неравномерности регулятора уменьшается. Износ лапок грузов, наоборот, приводит к увеличению этого показателя.

Чрезмерное увеличение степени неравномерности (в случае резкого возрастания частоты вращения коленчатого вала при понижении нагрузки) или уменьшение ее (при неустойчивой работе двигателя, ведущей к возникновению автоколебаний частоты) влечет за собой повышение интенсивности изнашивания деталей.

Автоколебания возникают главным образом вследствие периодических свободных перемещений рейки топливного насоса (при больших зазорах в сочленениях регулятора) и соответствующих им изменений подачи топлива. Они могут происходить также по причине потери упругости пружины регулятора, неуравновешенности грузов, заедания рейки, муфты регулятора или плунжера вследствие неудовлетворительной смазки и попадания в регулятор воды и грязи, а также в результате погрешностей в изготовлении шестерен регулятора.

Наряду с повышенной интенсивностью изнашивания деталей топливного насоса и двигателя при наличии автоколебаний частоты снижаются мощность и экономичность двигателя, а также ухудшается качество выполнения сельскохозяйственных операций, так как тракторный агрегат движется рывками.

Степенью нечувствительности регулятора называется разница между частотами вращения коленчатого вала, при которых регулятор начинает перемещать рейку после увеличения и уменьшения подачи топлива, отнесенная к установившейся частоте вращения и выраженная в процентах.

При установившемся режиме работы двигателя центробежная сила грузов уравновешена силой сжатия или растяжения пружины регулятора, а рейка находится в положении, обеспечивающем устойчивую работу двигателя. Если резко изменить нагрузку в сторону увеличения, то частота вращения коленчатого вала начнет уменьшаться. Это будет происходить до тех пор, пока регулятор не переместит рейку

в сторону увеличения подачи топлива на величину, необходимую для преодоления дополнительной нагрузки. При работе двигателя на номинальном скоростном режиме сопротивление перемещению рейки, называемое перестановочной силой, составляет 35—45 гс в расчете на один плунжер. Следовательно, регулятор начнет перемещать рейку после того, как частота вращения коленчатого вала и соответствующая ей центробежная сила грузов уменьшатся настолько, что со стороны пружины регулятора возникнет избыточная сила, достаточная для преодоления сил трения. Это может произойти при несколько большем снижении частоты вращения коленчатого вала по сравнению с частотой, необходимой для восстановления равновесия между усилием пружины и центробежной силой грузов регулятора.

Если же изменить нагрузку в сторону уменьшения, то произойдет обратное явление, т. е. для преодоления силы трения потребуется избыточная центробежная сила, которая может быть получена за счет несколько большего повышения частоты вращения коленчатого вала по сравнению с той, что требуется для восстановления равновесия между усилием пружины и центробежной силой грузов регулятора.

Таким образом, при прерывной загрузке двигателя частота вращения коленчатого вала пх  будет меньше частоты вращения /г, соответствующей установившемуся режиму работы, а при прерывной разгрузке двигателя частота вращения п2 будет больше п. Иначе говоря, в определенном интервале регулятор не реагирует на изменение частоты вращения коленчатого вала. Этот интервал называется зоной нечувствительности (на рис. 56 она показана штриховыми линиями).

С понижением скоростного режима е возрастает. У тракторных дизелей степень нечувствительности регулятора не должна превышать 3%. Чрезмерное увеличение этого показателя ухудшает процесс автоматического регулирования, так как увеличивается интервал неустойчивой частоты вращения коленчатого вала двигателя. Это происходит вследствие износа трущихся сочленений и возникающего перекоса деталей, появления царапин на трущихся поверхностях при действии на них абразивных частиц, попадания воды и загрязнений на рабочие поверхности плунжерных пар. Указанные причины приводят к возрастанию сил трения, а следовательно, к повышению степени нечувствительности регулятора. Она также возрастает в случае уменьшения момента проскальзывания фрикциона, соединяющего кулачковый вал насоса с шестернями привода регулятора.