11.4. Объединенный регулятор (частоты вращения и нагрузки)

Объединенный всережимный непрямого действия гидромеханический регулятор 4-7РС-2 (рис. 37) с центробежным измерителем скорости и автономной масляной системой автоматически поддерживает заданный режим работы дизеля, воздействуя на рейки топливных насосов и через индуктивный датчик на контур возбуждения тягового генератора. Регулятор имеет устройства: ступенчатого 15-позиционного электрогидравлического дистанционного управления; дистанционной остановки дизель-генератора с пульта управления тепловоза или при срабатывании защит; вывода якоря индуктивного датчика в положение минимального возбуждения тягового генератора; ограничения подачи топлива в зависимости от давления наддува; защиты дизеля от падения давления масла. В нижнем корпусе, регулятора размещен масляный насос, в среднем корпусе — золотниковая часть с измерителем частоты вращения, аккумуляторы масла, силовой и дополнительный сервомоторы, рычажная передача обратной связи и механизм изменения длительности набора частоты вращения. В верхнем корпусе имеются механизмы: управления частотой вращения; регулирования нагрузки дизеля; вывода индуктивного датчика в положение минимального возбуждения генератора и стопа; ограничения подачи топлива в зависимости от давления наддува; защиты дизеля от падения давления масла.  

Рис. 37. Регулятор объединенный  (продольные разрезы): 1 — поршень аккумулятора; 2 — клапан масляного насоса; 3—букса; 4 — поводок; 5 — золотник измерителя скорости; 6, 58 — пружины; 7 — втулка подвижная; 8, 10, 21, 66 — рычаги- 9 — корыто; 11— ось; 12, 24 — кронштейны; 13. 53, 56 — кольца уплотнительные; 14 — заглушка; 15 — поршень буферный; 16 — дроссель; 17 — пружина; 18 — поршень дополнительный; 19 — шток; 20. 31, 33 — планки; 22, 27, 34, 59 — тяги; 23— винт; 25, 28— траверсы, 26 — планка; 29 тарелка; 30 — кулачок; 32 — винт регулировочный; 35 — гидроусилитель; 36 — маслозаливная горловина; 37— крышка; 38 — шайба уплотнительная; 39 - пружина, 40, 41 - шестерни; 42 — кольцо стопорное; 43, 65 — болты; 44 — корпус нижний; 45 — валик с шестерней; 46 - крышка; 47 — втулка шлицевая; 48 — манжета; 49 - втулка; 50 - валик с шестерней; 51 — пробка для слива масла; 52 — измеритель скорости; 54 — пружина всережимная; 55 - плита; 57 -  гайка;   60 - поршень   силовой;   61 — рычаг;   62 — поршень  управления частотой вращения; 63 — ось; 64 - палец;   67 — вал   силовой;   Д — установочный   размер подвижной втулки;  Ж - размер   для   согласования   поршней;   И - канал    слива    масла   из аккумулятора; К — канал  для   смазки   привода   регулятора;   Л — торцовый   зазор   в  шестернях масло насоса.

Регулятор работает следующим образом (рис. 38), Масло из масляной ванны 1 всасывается масляным насосом 39 и подается в полость аккумулятора масла 38 и в каналы регулятора. В установившемся режиме работы дизель-генератора центробежная сила грузов измерителя скорости 42 уравновешивается силой затяжки всережимной пружины 46. Золотник 15 своими поясками перекрывает окна в подвижной 45 и неподвижной втулках, вследствие чего полость Б силового серводвига­теля и полость И дополнительного серводвигателя перекрыты, и их поршни остаются неподвижными. Подача топлива в цилиндры дизеля не изменяется. При изменении затяжки всережимной пружины или скорости вращения грузы сходятся или расходятся, вызывая перемещение золотника 15.  

Рис. 38. Схема регулятора объединенного:

1 — масляная ванна регулятора; 2 — рычажная передача; 3 — вал; 4—игла; 5—поршень серводвигателя индуктивного датчика; б — индуктивный, датчик; 7 — рычажная передача к золотнику регулирования нагрузки; 8—шток; 9 — рычаг суммирующий; 10 — втулка регулирования нагрузки; 11 — золотник регулирования нагрузки; 12 — толкатель; 13 — болт регулировочный; 14 — кулачок; 15 - золотник управления частотой вращения; 16 — болт регулирования стопа; 17 — болт регулировочный; 18 — траверса; ]9 - пробка; 20, 29, 32 — рычаги; 21 —- стакан; 22 — пружина обратной связи блока защиты; 23—микропереключатель; 24 — тарелка; 25 — блок мембранный; 26 — втулка золотниковая; 27 — золотник блока защиты; 28 — ролик; 30 — золотник управления частотой вращения; 31 — втулка управления частотой вращения; 33 — винт регулировочный; 34 — тяга; 35 — винт регулирования наклона тепловозной характеристики; 36 — золотник; 37 — золотник, выключения; 38 — аккумулятор масла; 39 — масляный насос; 40—механизм изменения длительности набора частоты вращения; 41 — клапан; 42 — измеритель скорости; 43 — букса; 44 — сектор согласования поршней; 45 — втулка подвижная; 46 — пружина всережимная; 47 — поршень управления частотой вращения; 48 — пружиня; А — размер между винтом и рычагом регулятора мощности; Б — полость под поршнем силового серводвигателя; В — зазор на выключение регулятора; Е — канал изодромной обратной связи; Ж— изодромная полость золотника регулирования нагрузки; И — полость под поршнем дополнительного серводвигателя; К — размер, определяющий регулировку наклона ограничительной характеристики по давлению наддува; Л—канал подводя масла к золотнику; М—канал слива масла из аккумулятора; Н — изодромная полость серводвигателя; О — зазор механизма выключения регулятора по падению давления масла; П — перекрыта золотника регулирования нагрузки на нагружение двигателя; Р — перскрыша золотника регулирования на разгружение двигателя; С — размер выступания штока; Т — размер выступания регулировочного винта; Д — размер от края сумми рующего рычага до точки Г.

При перемещении золотника вниз, что соответствует уменьшению частоты вращения или увеличению затяжки всережимной пружины, поясок золотника открывает окно в подвижной втулке 45. Масло сливается из полости Б под поршнем силового серводвигателя, который перемещается вниз на увеличение подачи топлива в цилиндры дизеля. Рычажной передачей 2 перемещается подвижная втулка 45 вниз до перекрытия окна пояском золотника. Второй управляющий поясок золотника, имеющий большую ширину, чем окно в неподвижной втулке, с некоторым запаздыванием откроет проход маслу их аккумулятора масла в полость И под поршнем дополнительного серводвигателя, который переместится вверх. Рычажной передачей 2 подвижная втулка будет перемещаться вверх.

Увеличение подачи топлива, вызванное перемещением вниз поршня силового серводвигателя, и, следовательно, поворотом вала 3, вызывает повышение частоты вращения, и грузы измерителя скорости расходятся, возвращая золотник 15 в исходное положение. Возвращение золотника и перемещение подвижной втулки осуществляются одновременно с одинаковой скоростью, окно во втулке остается перекрытым пояском золотника и поршень силового серводвигателя неподвижен. В исходное положение золотник и втулка будут идти до тех пор, пока второй поясок золотника не перекроет доступ масла в полость И под поршнем дополнительного серводвигателя и поршень остановится. При движении золотника вверх, что соответствует увеличению частоты вращения или уменьшению затяжки всережимной пружины, поясок золотника открывает окно в подвижной втулке 45. Масло из аккумулятора поступает в полость В и поршень силового серводвигателя перемещается вверх для уменьшения подачи топлива. В остальном действие регулятора аналогично действию при уменьшении частоты вращения или увеличения затяжки пружины.

Измеритель скорости приводится во вращение посредством шестеренной передачи и вращается на шейке буксы 43, установленной неподвижно. Сектор 44 служит для согласования взаимного положения поршней серводвигателей посредством перемещения подвижной втулки. Частота вращения коленчатого вала двигателя изменяется механизмом управления. При переключении контроллера подается или снимается электропитание электромагнитов МР1, МР2, МРЗ и МР4. Электромагниты МР1, МР2 и МРЗ через треугольную пластину воздействуют на золотник 30. При смещении золотника 30 относительно втулки открываются соответственно направлению смещения либо подвод масла в полость над поршнем 47 серводвигателя управления оборотами, либо слив масла из этой полости. Под действием поступающего масла перемещается поршень 47 серводвигателя управления частотой вращения, изменяя затяжку всережимной пружины 46. Перемещение поршня 47 через траверсу на штоке поршня и систему рычагов передается на золотник 30, который вновь перекрывает окна втулки своим пояском и поршень 47 останавливается в новом положении. При перемещении поршня 47 на затяжку пружины 46 и, следовательно, на увеличение частоты вращения в полости под поршнем 47 создается давление масла больше аккумуляторного, и клапан 41 закрывается.

Механизм регулирования нагрузки состоит из золотниковой части и блока серводвигателя — индуктивный датчик. Регулирование сводится к поддержанию постоянными вращающего момента и частоты вращения дизеля. Смещение золотника 11, управляющего положением поршня 5 серводвигателя индуктивного датчика 6, производится как при изменении заданной частоты вращения двигателя, так и при изменении враща­ющего момента. Смещение при изменении частоты вращения золотника 11 осуществляется через рычаг, опирающийся шарнирным подшипником на траверсу поршня 47 управления частотой вращения и тягу. При установившемся движении тепловоза поршень управления частотой вращения и вал силового серводвигателя неподвижны. Как только тепловоз начинает свое движение на подъем, ток тяговых электродвигателей и соответственно тягового генератора увеличится. В результате увеличится электрическая мощность тягового генератора, частота враще­ния уменьшится и регулятор будет работать, как описано ниже (в слу­чае увеличения затяжки всережимной пружины, увеличивая подачу топлива). Вал 3 силового серводвигателя переместит золотник 11 вниз. Поясок золотника 11 откроет окно во втулке 10 и сообщит полость над поршнем 5 серводвигателя индуктивного датчика со сливом. Поршень5 переместится вверх и вдвинет сердечник в катушку индуктивного датчика 6. Полное сопротивление катушки индуктивного датчика увеличится, в электрическую систему тепловоза поступит сигнал и напряжение возбуждения тягового генератора уменьшится. Поршень 5 создаст в полости Н, канале Е и полости Ж разрежение, под действием которого втулка 10 сместится вслед за золотником, догонит своим окном его поясок и перекроет окно. Поршень 5 остановится. В полости Н через иглу 4 разрежение уменьшится и втулка 10 под действием пружины 48 переместится вверх. Так как сигнал от индуктивного датчика изменил напряжение тягового генератора и уменьшил его мощность, то в силу наличия избыточного вращающего момента на валу двигателя увеличится частота вращения и регулятор уменьшает подачу топлива.

Вал силового серводвигателя переместит золотник 11 вверх. Движение золотника 11 и втулки 10 вверх осуществляется одновременно. Вал силового серводвигателя, золотник и втулка возвратятся в свое исходное положение. Мощность тягового генератора также возвратится к своей первоначальной величине. Так как ток тяговых двигателей увеличится, а напряжение уменьшится, то тепловоз увеличит тягу и снизит скорость движения. Для сокращения времени регулирования служит отсечный механизм, выполненный в виде пояска на втулке 10 и окон на буксе. При смещении втулки 10 вниз вследствие малого перекрытия Р пояска и кромки буксы поясок открывает проход масла по каналу из ванны регулятора в полость Ж, и поршень 5 перемещается значительно быстрее. Разгрузка двигателя происходит быстро.

При движении тепловоза под уклон ток тяговых электродвигателей уменьшится и вал силового серводвигателя повернется в сторону уменьшения подачи топлива. Поршень 5 выдвинет сердечник индуктивного датчика. Его полное сопротивление уменьшится и в электрическую систему тепловоза поступит сигнал. Электрическая система увеличит напряжение возбуждения тягового генератора, напряжение тяговых электродвигателей увеличится, сила тяги тепловоза уменьшится, скорость возрастет. Нижняя кромка втулки 10 находится с большой перекрышей Я до отверстия слива масла в ванну регулятора и при значительном перемещении поршня 5 в сторону увеличения напряжения возбуждения откроет окно позже, чем при движении поршня 5 вверх. Время переходного процесса регулирования при этом возрастает.

Механизм вывода индуктивного датчика в положение минимального возбуждения состоит из электромагнита МР5 и золотника 36. При затяжном боксовании тепловоза на магнит МР5 поступает электропитание и он перемещает золотник 36 вниз. Верхний рабочий поясок золотника перекрывает подачу масла из аккумулятора и соединяет канал Л с ванной регулятора. Масло из полости над поршнем 5 серводвигателя индуктивного датчика сливается, и поршень вдвигает сердечник в катушку. Дизель разгружается и тепловоз прекращает боксование. 

Механизм стопа состоит из электромагнита МР6 и золотника выключения 37. При снятии питания с электромагнита шток с шариками перемещается вверх, нижний шарик перекрывает подачу масла из аккумулятора к золотнику 30 управления частотой вращения и соединяет полость над поршнем 47 с масляной ванной регулятора. Масло из. полости сервомотора управления частотой вращения сливается в ванну регулятора, поршень 47 перемещается вверх, выбирает зазор В до тарелки 24 и поднимает золотник 15 вверх. Масло из аккумулятора поступает в полость Б под поршнем силового сервомотора. Поршень перемещается вверх, выключает подачу топлива и дизель останавливается. Регулятор имеет устройство для регулирования наклона тепловозной характеристики. Толкателем 12 регулируется уровень мощности на номинальной позиции контроллера, а винтом 35 регулируется наклон теп­ловозной характеристики.

Механизм защиты дизеля от падения давления масла обеспечивает: блокировку запуска дизеля в случае отсутствия давления масла от маслопрокачивающего насоса; сигнализацию о падении давления масла ниже уставки, величина которой автоматически меняется в зависимости от заданной частоты вращения; снижение частоты вращения и нагрузки в случае падения масла ниже допустимого до такой частоты вращения, при которой вновь установившееся давление равно предельно допустимому значению; остановку дизеля в случае резкого падения давления масла ниже величины, соответствующей уставке защиты на минимальной частоте вращения. При уменьшении давления масла дизеля ниже уставки защиты мембранный блок 25 и золотник 27 под действием пружины обратной связи 22 смещаются вправо, сообщая верхнюю полость поршня управления частотой вращения 47 со сливом. Поршень 47 начинает перемещаться вверх, перемещая вместе с собой и кулачок обратной связи 14, по которому катается ролик рычага 20. При перемещении кулачка 14 вверх рычаг 20 поворачивается против часовой стрелки и, перемещая болтом 17 стакан 21 влево, уменьшает усилие пружины обратной связи.

Новый установившийся режим наступит, когда усилие пружины обратной связи 22 и усилие от давления масла в мембранном блоке Р_мд с одной стороны и давление масла Р_ак на золотник 27 с другой стороны уравновесятся, и золотник 27 займет среднее положение. При уменьшении давления масла дизеля Р_мд ниже порогового значения рычаг 20 при движении натолкнется на упор. При этом происходит разрыв обратной связи механизма защиты, поршень 47 беспрепятственно переместится вверх и, выбрав зазор В, остановит дизель. Для сигнализации о падении давления масла дизеля ниже ограничительной характеристики служит микропереключатель 23, который упирается своим контактом в упор мембранного блока 25. Для регулировки положения микропереключателя 23 относительно мембранного блока 25 служит пробка 19. При падении давления масла Р_мд дизеля ниже характеристики защиты упор мембранного блока 25 отходит вправо и замыкает контакты микропереключателя 23, при этом на пульте управления в кабине тепловоза загорается табло «Давление масла».

Механизм ограничения по давлению наддува предназначен для ограничения подачи топлива и ограничения выдвижения в сторону увеличения мощности сердечника индуктивного датчика в зависимости от давления наддувочного воздуха. Механизм вступает в работу и воздействует на регулятор частоты вращения в переходных режимах, при пусках дизеля и резких переводах рукоятки контроллера с низких позиций на высшие, а также на установившихся режимах, выполняя функцию защиты, если давление наддувочного воздуха по какой-либо причине снизится ниже допустимого предела. Механизм ограничения состоит из гидроусилителя (ГУ), который служит для пропорционального преобразования давления наддувочного воздуха в поступательное перемещение поршня 11 (рис. 39), и рычажной передачи.  

Рис.  39.  Схема  гидроусилителя  регулятора:

1 — винт; 2 — серьга; 3 — шток; 4 — тарелка; 5 — уравновешивающая пружина; 6 — золотник; 7 — втулка; 8 — мембранный блок; 9 — прокладка; 10, 12 — пружина; 11 — поршень; 13— гайка

В установившемся режиме поршень 11 гидроусилителя находится в равновесии под действием пружин обратной связи 10 и 12 и давления масла в управляющей полости А. Мембранный блок 8 и золотник 6 также находятся в среднем положении под действием пружин обратной связи 10 и 12, уравновешивающей пружины 5, давления масла Р_ак на золотник 6 и усилия от давления наддувочного воздуха Р_к в мембранном блоке 8. При увеличении давления наддувочного воздуха Р_н мембранный блок 8 и золотник 6 смещаются вправо, что вызывает снижение давления в полости А и перемещение поршня 11 со штоком 3 влево. Новый установившийся режим наступит, когда сила, вызванная увеличением входного давления, полностью скомпенсируется уменьшением силы от пружин обратной связи. С уменьшением входного давлении элементы гидроусилителя переместятся в противоположном направлении и при Р_н = 0 поршень 11 займет крайнее правое положение.

При увеличении давления наддувочного воздуха Р_к до порогового поршень 11 сместится в положение, при котором тарелка 4 сядет на прокладку 9 штока 3 и пружина обратной связи 12 выключится из работы. Жесткость пружины обратной связи 10 значительно больше суммарной жесткости обеих пружин, поэтому изменению давления наддувочного воздуха Р_к будет соответствовать малое перемещение поршня 11. В момент касания тарелки 4 прокладки 9 штока 3 произойдет излом статической характеристики гидроусилителя.

Рычажная передача предназначена для воздействия по сигналу от гидроусилителя на золотник регулятора частоты вращения, ограничения уровня задания на регулятор нагрузки и осуществления обратной связи по положению силового поршня регулятора. Она состоит из тяги 34 (см. рис. 38), рычагов 32 и 9, штока 8 и системы рычагов от вала 3 к штоку 5, регулировочного винта 33. На установившемся режиме механизм ограничения не воздействует на регулятор из-за наличия зазора В между тарелкой золотника регулятора частоты вращения и рычагом 9 и зазора А между винтом 33 и рычагом 29 регулятора нагрузки. При резком переводе рукоятки на высшие позиции контроллера сервопоршень управления 47 быстро движется вниз на затяжку всережимной пружины. Задание уровня мощности осуществляется рычагом 29. При этом левый конец рычага 29 открывается от сервопоршня управления. По мере роста давления наддува рычаг 32 под действием гидроусилителя поворачивается, давая возможность поворачиваться рычагу 29. Ограничение снимется, когда левый конец рычага 29, соприкоснется с сервопоршнем управления, а дальнейший поворот рычага 32 вызовет появление зазора А.

Ограничение подачи топлива осуществляется через золотник 15 регулятора частоты вращения. При затяжке всережимной пружины золотник 15 смещается вниз, соединяя управляющую полость Б силового сервомотора со сливом. Силовой поршень двигается вниз в сторону увеличения подачи топлива. Движение силового поршня через вал 3 и систему рычагов передается рычагу 9, который, выбирая зазор В, возвращает золотник 15 в среднее положение. В среднем положении золотник 15 перекрывает управляющую полость силового поршня и останавливает его. Таким образом, положение силового поршня будет определяться положением правого конца рычага 9, т. е. давлением наддува. Ограничение подачи топлива в зависимости от давления наддува попозволяет снизить дымность дизеля при работе его на переходных режимах, уменьшить эксплуатационный расход топлива, повысить срок службы масла.

На дизель-генераторы 1А-9ДГ до № 740 устанавливали объединенные регуляторы 7РС-2, которые не имели устройств для ограничения подачи топлива в зависимости от давления наддувочного воздуха и защиты дизеля от падения давления масла. На дизель-генераторах 1А-9ДГ с № 740 до № 800 были объединенные регуляторы 3-7РС-2, которые уже имели устройство ограничения подачи топлива в зависимости от давления наддува, но не имели защиты дизели по давлению масла. Регуляторами 4-7РС-2 оборудовались дизель-генераторы 1А-9ДГ с № 801 и все дизель-генераторы 1А-9ДГ-2. При проведении ремонтов ТР-2 и ТР-3 на дизель-генераторы 1-А9ДГ устанавливаются регулято­ры 4-7РС-2.

В связи с тем что несколько тепловозов 2ТЭ116, эксплуатирующихся на железных дорогах, оборудовано дизель-генераторами 2Д70, ниже дано краткое описание дизель-генераторов этого типа.