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性能特点和作用说明 |
柴油机喷油泵两极调速器的工作原理 |
摘要：两极调速器也叫双速调速器，它只在柴油机的最高转速和怠速起自动调节作用，而在最高转速和怠速之间的其它任何转速，调速器不起调速作用，而由操作员控制柴油机转速的变化。由于两极式调速器具有精确、灵活和高效的特点，被广泛应用于柴油机领域。它可以帮助柴油发电机组实现平滑启动、速度调节、负载匹配等功能，使生产过程更稳定、高效。同时，两极式调速器还具有能耗低、操作简便等优势，可以降低柴油发电机燃油消耗和维护成本。
一、调速器的工作原理及分类
柴油发电机的直列柱塞式喷油泵的每个气缸都需要有一套泵油机构。几个相同的泵油机构装置（分泵）在同一泵体上就构成了多缸柴油发电机的柱塞泵。柱塞泵一般固定在康明斯发电机机体一侧的支架上，由柴油发电机曲轴通过齿轮驱动，齿轮轴和喷油泵的凸轮轴用联轴器连接，调速器安装在喷油泵的后端。两极调速器它只限制柴油发电机最高转速和最低稳定转速，在最高和最低转速之间不起作用。其工作原理如图1所示，结构如图2所示。
在柴油机运行过程中，当负荷变化时，要通过及时调整循环供油量来改变其输出功率或转矩，以保证其稳定运转。柴油发电机组等常在负荷不断变化的情况下工作，且常会遇到负倚突变的情况。当负荷突然减小或增大时，操作人员并不是都能够适时地察觉到而及时做出反应来控制油门的，从而导致柴油机转速的忽高忽低和工作不稳定。当喷油泵供油拉杆位置不变时，其每循环供油量随着转速的升高（降低）而增大（减少）的变化关系（喷油泵速度特性）却恰恰加剧了上述现象。尤其是当柴油机在高速下工作而突然卸载时，会导致转速急剧升高。这时喷油泵供油量却随着转速的升高而自动增大，又促使转速继续升高。转速和供油量的相互作用使转速甚至超出设计允许的最高转速而无法控制，即所谓的“飞车”或“超速”现象。对柴油机来说，一旦发生飞车现象，混合气形成时间更短，燃烧明显恶化，出现冒黑烟和过热现象，且由于产生很大的惯性力，机械负荷过大，易导致机件（曲轴连杆机构、配气机构的零件）损坏。相反，当外界载荷突然增大而又不能及时增大供油量时，转速则迅速下降，甚至熄火。
另外，柴油机还经常在怠速工况下运转，若因某种原因出现转速波动，则易造成怠速不稳，甚至熄火，所以，柴油机必须能随着负荷的变化自动调节供油量，以使其稳定运转。调速器即是实现这一功能的装置。
柴油机调速器的种类很多，按工作原理分为机械离心式、气动式、液压式、机械气动复合式、机械液压复合式、电子式。机械式调速器结构简单，工作可靠，应用广泛。
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图1 RAD型两极调速器工作原理 |
图2 RAD型两极调速器结构图 |
二、两极调速器的工作过程
1、起动加浓工况
柴油发电机停止运转时，飞块在怠速弹簧和起动弹簧的作用下而闭合。起动前，将控制杠杆推至全负荷供油位置。此时，支撑杠杆绕刀占逆时针方向转动，浮动杠杆绕点逆时针方向转动，因此，上浮动杆通过齿杆连接杆推动供油齿杆向增加供油的方向移动。起动弹簧9的作用就在对浮动杆有一向左的拉力，使其绕C点作逆时针方向的摆动，同时带动B点（销轴）和点（套筒）进一步向左移动，直到飞块完全闭合，从而保证供油齿杆8越过全负荷进入柴油发电机起动时的最大供油量位置，即起动加浓位置。
2、怠速工况
如图3所示。将控制杠杆拉回到怠速位置Ⅱ，柴油发电机进入怠速工况。飞块的离心力的增减取决于柴油发电机转速的变化。在怠速范围内，飞块离心力使滑套压缩怠速弹簧，当飞块离心力与怠速弹簧及起动弹簧的合力平衡时，供油齿杆保持在某一位置，柴油发电机就可以在怠速工况下稳定地工作。若此时柴油发电机的转速降低，飞块离心力就随之减小，滑套便在怠速弹簧及起动弹簧的作用下左移，从而导动杆向左摆动，带动B点及浮动杠杆绕C点逆时针转动，通过齿杆连接杆推动供油齿杆左移，增加了供油量，使柴油发电机转速回升。若柴油发电机转速升高，则飞块离心力增加，滑套右移，通过导动杆、浮动杠杆传于供油齿杆，使供油量减小，柴油发电机转速下降，由于上述作用，便可保证柴油发电机在怠速稳定运转。
3、正常工作的供油调节
如图4所示。当柴油发电机转速超过怠速时，怠速弹簧完全被压入拉力杆内，滑套直接与拉力杆接触。由于拉力杆被很强的调速弹簧拉住，在转速小于最大工作转速的条件下，飞块的离心力不能推动拉力杆。拉力杆不会右移而始终靠紧在齿杆行程调整螺栓上。因而支点B也不会移动，只有当改变控制杠杆的位置时才能使供油齿杆向左或向右移动，从而增加或减少供油量。由此可见，正常工作时供油量的调节是由操作员操纵的，调速器不起作用。
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图3 两极调速器怠速工况示意图 |
图4 两极调速器额定转速工况示意图 |
4、限制最高转速工况
如图5所示。不管柴油发电机是部分负荷工作还是全负荷工作，只要是外界负荷变化，引起柴油发电机转速超过规定的最大转速时，飞块离心力就能克服调速弹簧的拉力，使飞块进一步张开。这动作推动滑套和拉力杆右移，使支点B移到B'拉力杆的D点移到D'，浮动杠杆的下支点C移到C'结果供油齿杆向右移动，供油量减少。从而保证了柴油发电机转速不会超过规定的最大转速值。
被限制的柴油发电机最大转速的数值可通过改变调速弹簧的预紧力来调节。从图可以看出：当速度调整螺栓向内旋进时，顶住速度调整杠杆绕其支点向左移动，调速弹簧的预紧力增大，柴油发电机的最高转速升高，如果与上述情况相反，则柴油发电机的最高转速降低。
综上所述，RAD型调速器对柴油机转速的调节，是通过一套杠杆系统把飞锤的位移变为供油量调节齿杆的位移，以增减喷油泵的供油量来实现的，特性曲线如图6所示。由于RAD型调速器采用了摇杆和滑块机构，在怠速和最高转速时调速器的杠杆比是不同的，因此称RAD型调速器为可变杠杆比调速器。所谓杠杆比是指供油量调节齿杆的位移与调速套筒位移之比，也等于调速杠杆被滑块分成两段后的长度n与m之比。当调速手柄处于怠速位置时，杠杆比较小，仅为1:1。35。即当调速套筒产生一定位移时，供油量调节齿杆的移动量较小，喷油泵的供油量变化较少，使怠速转速不致有较大的波动，可以提高怠速的稳定性。另一方面，怠速时飞锤的离心力较小，而较小的杠杆比恰好可以在离心力发生较小的变化时就能使油量调节齿杆移动，从而提高了调速器的工作能力。当调速手柄位于最高转速位置时，杠杆比为1:3。23。这时飞锤的离心力很大，柴油机转速稍有变化，较大的离心力便立即使供油量调节齿杆移动，并产生较大的位移，从而可以迅速的稳定柴油机转速。
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图5 两极调速器限制最高转速工况示意图 |
图6 柴油机两速调速器特性曲线图 |
三、调速器的附加装置
1、怠速稳定弹簧
在RAD型调速器盖上装有怠速稳定弹簧。其安装位置刚好与供油量调节齿杆相对，它对调节齿杆的移动起限位和缓冲作用。有了怠速稳定弹簧，怠速更加稳定。例如，当调速手柄快速扳回到怠速位置时，供油量调节齿杆也快速向减油方向移动，这时怠速稳定弹簧犹如一个限位器和缓冲器，既可以阻止调节齿杆越过怠速供油位置，防止喷油泵停止供油，又可以减缓调节齿杆的移动速度，使柴油机转速不发生较大的波动或熄火。
2、转矩平稳装置
转矩平稳装置安装在滑动销内，其作用是缓冲高速时喷油泵供油量调节齿杆的振动，借以消除柴油机转矩的波动。当把调速手柄移向高速并与最高速挡块接触时，转矩平稳装置中的弹簧首先被压缩，同时供油量调节齿杆移至全负荷供油位置。若此时柴油机转速升高，则飞锤的离心力超过调速弹簧的作用力时，飞锤开始向外移动，当调节齿杆并不立即向减油方向移动，而是在转矩平稳装置中的弹簧伸长复原后，调节齿杆才开始移动，从而减缓了调节齿杆的频繁移动或振动，使柴油机输出的转矩趋于平稳。
3、转矩矫正装置
转矩矫正装置的功用是矫正喷油泵供油量随转速的变化特性，也就是矫正柴油机转矩随转速变化的特性，以使喷油泵的供油量与吸入气缸的空气量相匹配。
转矩矫正有正矫正与负矫正两种。供油量随转速下降而增加的矫正为正矫正；相反，供油量随转速下降而减少的为负矫正。前者用于高速范围，后者用于低速范围。
在RAD型调速器上安装的转矩矫正装置，实际上就是指安在飞锤内的一个弹簧，即矫正弹簧。当柴油机在全负荷标定转速下运转时，飞锤的离心力很大，矫正弹簧座在飞锤的推动下与内弹簧座接触，矫正弹簧被压缩。这时，喷油泵供油量调节齿杆在全负荷供油位置。当柴油机超负荷时，转速下降，飞锤的离心力减小。矫正弹簧克服飞锤离心力使飞锤向内移动，并通过调速器的杠杆系统使供油量调节齿杆向增加供油量的方向移动，柴油机的转矩相应的有所增加，从而可以提高柴油机超负荷的能力。显然，这种转矩矫正为正矫正。
四、两速调速器的调整方法
1、齿杆定零位
上升转速到飞铁全张（N=600rpm左右），将齿杆向停油方向推到底，此时S定位为零。
2、大油门挡钉的固定
N=650rpm，操纵手柄在大油门处，旋进大油门挡钉使S=Sc（极限转速）并紧固（若达不到，增减丁字块垫片）。
3、大头调节螺钉的固定
N=630rpm左右，调整大头螺钉使S=SA并紧固。
4、起作用转速调整
N=Na（起作用转速），调节调速手柄二边螺钉使调速器起作用。此时S=SA-0.1，并紧固。
5、标定点油量调整
N=NA，操纵手柄在大油门处，检查S=SA，调整各缸供油量Q=QA（标定油量）
6、NF（停油转速）的检查
N从NA升至NF各缸应停油（200次油量小于0.5ml。或者N升高到空车转速，检查各缸油量应在范围内。不符，则检查调速簧和飞锤。
7、怠速点的调整
N稍大于Nu（怠速极限转速），操纵手柄处小油门位置，调小油门挡钉使S=SH。紧固后，N=ND （怠速转速），拧进怠速稳定装置使S=SD，紧固并检查。
8、校正点调整
N低于Nr（校正点转速）50rpm，操纵手柄在大油门方向，拧进校正装置（事先将校正装置内螺钉拧的足够紧）使S=ST，再调整检查各缸油量符合要求。然后N=Nk，S=ST，拧松校正螺钉到齿杆开始移动为止。
9、稳定器调整
操纵手柄处小油门，N=ND时拧入稳定器部件，使其刚与齿杆连接杆接触即退回约1mm，检查NF满足要求后紧固部件。
10、起动点（烟雾限制器）调整
操纵手柄在大油门处，N=NE，装烟雾限制器，使起动油量符合要求。
11、停车机构检查
调整后，应复查一次。同时无论何种工况，转动停车手柄各缸应停油，放松停车手柄后齿杆应能立即复位。
总结：
两极式调速器主要由柴油发动机转速的感应部件、传动部件和附加装置等组成。两极式调速器只在最低转速和标定转速两种情况下起调速作用，以保证低速时工作稳定和防止飞车事故的发生。 两极式调速器与单程式调速器的主要不同点是：调速弹簧由两根（或两组）弹簧所组成，低速弹簧较长但刚性较弱，高速弹簧较短但刚性强，两弹簧都有一定的预紧力。
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