新聞主題	機(jī)械式離心柴油機(jī)調(diào)速器的主要功用和型式

 

一、調(diào)速器的功用

 

      調(diào)速器的功用是在柴油機(jī)所要求的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，能隨著柴油機(jī)外界負(fù)荷的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)供油量，以保持柴油機(jī)轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定。對(duì)于柴油機(jī)而言，改變供油量只需轉(zhuǎn)動(dòng)噴油泵的柱塞即可。隨著供油量加大，柴油機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩都相應(yīng)增大，反之則減少。

      柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)其他工作機(jī)械（如發(fā)電機(jī)、水泵等）時(shí)，如其輸出轉(zhuǎn)矩與工作機(jī)械克服工作阻力所需的轉(zhuǎn)矩（阻力矩）相等，則工作處于穩(wěn)定狀態(tài)（轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定）。如阻力矩超過(guò)輸出轉(zhuǎn)矩，則柴油機(jī)轉(zhuǎn)速將下降，如不能達(dá)到新的穩(wěn)定工況，則柴油機(jī)將停止工作。當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩大于阻力矩時(shí)，則轉(zhuǎn)速將升高，如不能達(dá)到新的平衡，則轉(zhuǎn)速將不斷上升，會(huì)發(fā)生“飛車”事故。由于工作機(jī)械的阻力矩會(huì)隨著工作情況的變化而頻繁變化，操作人員是不可能及時(shí)靈敏地調(diào)節(jié)供油量，使柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與外界阻力相適應(yīng)的，這樣，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)出現(xiàn)劇烈的波動(dòng)，從而影響工作機(jī)械的正常工作。因此，工程機(jī)械如發(fā)電用柴油機(jī)必須設(shè)置調(diào)速器。此外，由于柴油機(jī)噴油泵本身的性能特點(diǎn)，在怠速工作時(shí)不容易保持穩(wěn)定，而在高速時(shí)又容易超速運(yùn)轉(zhuǎn)甚至“飛車”，所以在柴油機(jī)上必須安裝調(diào)速器，以保持其息速穩(wěn)定和防止高速時(shí)出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象。

 

二、調(diào)速器的種類

 

1、根據(jù)調(diào)速器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的不同分類

      可分為機(jī)械式、液壓式、氣動(dòng)式和電子式四種。

① 機(jī)械式調(diào)速器

      機(jī)械式調(diào)速器的感應(yīng)元件為飛塊或飛球，直接推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，廣泛用于中、小功率柴油機(jī)上。

② 液壓式調(diào)速器 液

      壓式調(diào)速器一般用飛塊作感應(yīng)元件，推動(dòng)控制活塞操縱液壓伺服器。這種調(diào)速器的感應(yīng)元件較小，通用性強(qiáng)，可用少數(shù)幾種尺寸系列滿足幾十到上萬(wàn)馬力（1馬力＝75kg·m/s＝0.735kW）柴油機(jī)的配套要求。穩(wěn)定性好，調(diào)節(jié)精度高（穩(wěn)定調(diào)速率可到零），推動(dòng)力大，便于實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的自動(dòng)控制。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝要求高，因此，適用于大功率柴油機(jī)。

③ 氣動(dòng)式調(diào)速器

      氣動(dòng)式調(diào)速器是利用膜片感應(yīng)進(jìn)氣管真空度的變化，進(jìn)而推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這種調(diào)速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低速時(shí)靈敏度較高，但因進(jìn)氣管裝有節(jié)流閥增加了進(jìn)氣阻力，功率有所下降。因此，只適用于小功率柴油機(jī)，目前采用不多。

④ 電子式調(diào)速器

      電子式調(diào)速器是把柴油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化轉(zhuǎn)換成電量變化，經(jīng)采樣放大后控制其執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這種調(diào)速器可在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生明顯變化之前調(diào)整供油量，獲得很高的調(diào)節(jié)精度，實(shí)現(xiàn)無(wú)差并聯(lián)運(yùn)行。目前，主要用于柴油發(fā)電機(jī)組。

2、按照調(diào)速器起作用的轉(zhuǎn)速范圍分類

      可分為單程式、兩極式和全程式三種。

① 單程式調(diào)速器

      單程式調(diào)速器只在某一個(gè)轉(zhuǎn)速（一般為標(biāo)定轉(zhuǎn)速）時(shí)起作用。它適合于要求轉(zhuǎn)速恒定的柴油機(jī)，如驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)、空氣壓縮機(jī)、離心泵等的柴油機(jī)。

② 兩極式調(diào)速器

      兩極式調(diào)速器只在柴油機(jī)怠速和標(biāo)定轉(zhuǎn)速兩種情況下起作用，主要用于汽車，以保持怠速工作穩(wěn)定和防止高速時(shí)“飛車”。其他工況則由操作者操縱油門來(lái)調(diào)節(jié)供油量。

③ 全程式調(diào)速器

      全程式調(diào)速器是在柴油機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均起作用。裝有這種調(diào)速器的工作機(jī)械，操作人員根據(jù)工作需要選擇任一轉(zhuǎn)速后，調(diào)速器即能自動(dòng)地使柴油機(jī)穩(wěn)定在該轉(zhuǎn)速下工作。這不僅大大改善了操作人員在負(fù)荷變化頻繁情況下的勞動(dòng)條件，而且也提高了工作質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，大多數(shù)工程機(jī)械都采用這種調(diào)速器。

 

三、機(jī)械式調(diào)速器的基本工作原理

 

1、基本組成

      調(diào)速器要能根據(jù)外界負(fù)荷的變化，靈敏地調(diào)節(jié)供油量，以保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。它必須具備兩個(gè)基本部分：感應(yīng)元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

（1）感應(yīng)元件用于感應(yīng)外界負(fù)荷的變化。當(dāng)柴油機(jī)的外界負(fù)荷變化時(shí)，由于供油量與負(fù)荷不相適應(yīng)，首先引起轉(zhuǎn)速的變化。負(fù)荷增加時(shí)會(huì)使轉(zhuǎn)速下降，負(fù)荷減小則轉(zhuǎn)速上升。因此感應(yīng)元件必須能靈敏地感受到轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，并及時(shí)將感受到的信號(hào)傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于根據(jù)感應(yīng)元件傳遞的信號(hào)相應(yīng)地調(diào)節(jié)供油量。當(dāng)柴油機(jī)負(fù)荷增大而轉(zhuǎn)速降低時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)使供油量增加，以使轉(zhuǎn)速回升到初始轉(zhuǎn)速。當(dāng)負(fù)荷減小而轉(zhuǎn)速升高時(shí)，則執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)減小供油量，以使轉(zhuǎn)速下降到初始轉(zhuǎn)速。

2、工作原理

（1）單程式調(diào)速器

      如圖1所示為一種單程式調(diào)速器的工作原理圖。傳動(dòng)盤1由柴油機(jī)曲軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在傳動(dòng)盤與推力盤5之間布置了一排飛球。飛球在傳動(dòng)盤的帶動(dòng)下隨著一起旋轉(zhuǎn)。飛球由于受到離心力的作用而向外飛開。傳動(dòng)盤的軸向位置是一定的，而推力盤則滑套在支承軸上，可以沿軸向滑動(dòng)。調(diào)速?gòu)椈梢砸欢ǖ念A(yù)緊力壓在推力盤上。推力盤上固定有傳動(dòng)板，傳動(dòng)板則和供油拉桿相連。當(dāng)推力盤移動(dòng)時(shí)，即通過(guò)傳動(dòng)板和供油拉桿使柱塞轉(zhuǎn)動(dòng)，以改變供油量。傳動(dòng)板向右移時(shí)，供油量減少。

      上述調(diào)速器的感應(yīng)元件為飛球，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為推力盤及傳動(dòng)板等。當(dāng)外界負(fù)荷變化引起轉(zhuǎn)速變化時(shí)，飛球的離心力隨即改變。因離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，故飛球能較靈敏地感應(yīng)轉(zhuǎn)速的變化。飛球的離心力作用到推力盤上，并產(chǎn)生軸向分力F，迫使推力盤向右移動(dòng)。由于推力盤右側(cè)作用有調(diào)速?gòu)椈傻膹椓_p，因此推力盤的位置取決于兩力是否平衡。

 

柴油機(jī)單程式調(diào)速器工作原理

 

 

       調(diào)速器的工作過(guò)程如下：

      當(dāng)柴油機(jī)工作時(shí)，傳動(dòng)盤和飛球即被曲軸驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。如飛球所產(chǎn)生的軸向力F_a小于調(diào)速?gòu)椈蓮椓_p時(shí)，推力盤仍處于最左端的位置。這時(shí)調(diào)速器尚未起調(diào)節(jié)作用。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速升高到使力F_a與F_p相等時(shí)，此時(shí)曲軸轉(zhuǎn)速為調(diào)速器開始起作用的轉(zhuǎn)速。顯然，調(diào)速?gòu)椈傻念A(yù)緊力F。越大，起作用的轉(zhuǎn)速越高；反之則低。

      若柴油機(jī)在調(diào)速器起作用轉(zhuǎn)速（F_a＝F_p）下工作時(shí)，外界負(fù)荷減小，曲軸轉(zhuǎn)速將上升，飛球作用到推力盤上的軸向分力將增大（F_a＞F_p），推動(dòng)推力盤右移并壓縮調(diào)速?gòu)椈?。而傳?dòng)板則使供油拉桿向供油量減小的方向移動(dòng)，使轉(zhuǎn)速降低，F(xiàn)_a減小，以適應(yīng)外界負(fù)荷的變化。調(diào)速?gòu)椈稍诒粔嚎s的同時(shí)彈力F_p也不斷增加，因此推力盤將在F′_a＝F′_p時(shí)達(dá)到新的穩(wěn)定，而供油量也與減小的負(fù)荷相對(duì)應(yīng)。如外界負(fù)荷繼續(xù)減小，轉(zhuǎn)速則不斷上升，飛球?qū)⑹雇屏ΡP和傳動(dòng)板將供油拉桿再向右移，當(dāng)外界負(fù)荷為零時(shí)，調(diào)速器將供油拉桿移至最小供油量位置，柴油機(jī)處于最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下工作。

      綜上所述，機(jī)械單程式調(diào)速器的工作原理可歸納為以下三點(diǎn)。

① 感應(yīng)元件通過(guò)離心力來(lái)感應(yīng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。當(dāng)負(fù)荷減小、轉(zhuǎn)速增高時(shí)，其離心力增大，借助離心力的軸向分力推動(dòng)供油拉桿減小供油量。當(dāng)負(fù)荷增大、轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其離心力減小，調(diào)速?gòu)椈蓪⑼苿?dòng)供油拉桿增加供油量。

② 調(diào)速器起作用的轉(zhuǎn)速由調(diào)速?gòu)椈傻膹椓λ鶝Q定。

③ 調(diào)速器并非使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速始終保持不變，而是使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化的波動(dòng)被控制在允許的范圍內(nèi)。

（2）兩極式調(diào)速器

      如圖2所示為一種兩極式調(diào)速器的工作原理圖。這種調(diào)速器可在兩種轉(zhuǎn)速（低速和標(biāo)定轉(zhuǎn)速）下起作用。其主要特點(diǎn)是調(diào)速?gòu)椈捎蓛筛M成，外調(diào)速?gòu)椈奢^長(zhǎng)，但其剛性較弱；內(nèi)調(diào)速?gòu)椈奢^短，但剛性強(qiáng)。外彈簧的預(yù)緊力小而內(nèi)彈簧的預(yù)緊力大。在未工作時(shí)兩彈簧之間保持一定距離。此外，供油拉桿既可由調(diào)速器操縱，又可由操作者直接控制。

 

圖2 柴油機(jī)兩極式調(diào)速器工作原理圖

 

      兩極式調(diào)速器的工作情況如下：

      當(dāng)柴油機(jī)未工作時(shí)，外調(diào)速?gòu)椈蓪⒐┯屠瓧U推向供油量最大的位置。當(dāng)柴油機(jī)啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)速上升，因外彈簧預(yù)緊力小且剛性弱，飛球即可推動(dòng)供油拉桿向減小供油量的方向移動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至某一定轉(zhuǎn)速n_d時(shí)，推力盤3與內(nèi)彈簧座相接觸。這時(shí)，由于內(nèi)彈簧預(yù)緊力大而剛性強(qiáng)，因此即使轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，飛球的離心力仍不足以推動(dòng)內(nèi)彈簧座移動(dòng)。但此時(shí)如由于外界負(fù)荷變化使轉(zhuǎn)速低于n_d時(shí)，外調(diào)速?gòu)椈杉纯赏苿?dòng)供油拉桿左移增加供油量，以保持柴油機(jī)可在n。轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定工作。n_d即為最低空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速升至標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)，飛球離心力顯著升高，其軸向分力與內(nèi)、外彈簧彈力相平衡。如果這時(shí)轉(zhuǎn)速稍許上升，推力盤即推壓內(nèi)、外彈簧，使供油量減少，其工作情況與前述單程式調(diào)速器相同。

      在轉(zhuǎn)速n_d與標(biāo)定轉(zhuǎn)速之間，調(diào)速器不起作用，由操作者根據(jù)需要調(diào)節(jié)供油量以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的基本穩(wěn)定。

（3）全程式調(diào)速器

      圖3為一種全程式調(diào)速器的工作原理圖，其特點(diǎn)是調(diào)速?gòu)椈傻膹椓梢杂刹僮髡咴谝欢ǚ秶鷥?nèi)加以調(diào)節(jié)。因此，調(diào)速器起作用的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)地在一定范圍內(nèi)變化。

      由操作者操縱的操縱臂的下端與調(diào)速?gòu)椈苫嘟佑|。當(dāng)操縱臂順時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，調(diào)速?gòu)椈杀粔壕o，彈力增大，使調(diào)速器起作用的轉(zhuǎn)速增高。當(dāng)操縱臂與最高轉(zhuǎn)速限位螺釘相碰時(shí)，起作用的轉(zhuǎn)速達(dá)到最大。通常該轉(zhuǎn)速為標(biāo)定轉(zhuǎn)速。如將螺釘向外退出，則起作用的轉(zhuǎn)速升高，擰入則降低。如將操縱臂逆時(shí)針擺動(dòng)，則調(diào)速?gòu)椈煞潘桑鹱饔棉D(zhuǎn)速降低。當(dāng)操縱臂下端與怠速限位螺釘相碰時(shí)，調(diào)速器則在最低空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下起作用，以保持怠速工作穩(wěn)定。

 

圖3 柴油機(jī)全程式調(diào)速器工作原理圖

 

      由以上分析可見，裝有全程式調(diào)速器的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，操作者通過(guò)扳動(dòng)操縱臂，改變調(diào)速?gòu)椈傻膹椓?，?lái)達(dá)到改變柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速的目的，而柴油機(jī)的供油量則由調(diào)速器根據(jù)外界負(fù)荷的變化自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。這就大大減輕了操作者在負(fù)荷變化頻繁時(shí)的緊張勞動(dòng)，同時(shí)也提高了工作效率。

      全程式調(diào)速器也可采用兩根或多根調(diào)速?gòu)椈?。通常外彈簧較弱，且有預(yù)緊力；內(nèi)彈簧則較強(qiáng)，呈自由狀態(tài)（這是與兩極式調(diào)速器的不同之處）。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速工作時(shí)，外彈簧起作用。隨著轉(zhuǎn)速的升高，內(nèi)彈簧也開始工作，以適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)調(diào)速器性能對(duì)彈簧剛性的不同要求。

 

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