Способы управления тепловым двигателем

Способы управления тепловым двигателем.

При движении поезда с ограниченной скоростью, одиночного локомотива или локомотива с малым числом вагонов, а также при разгоне поезда после остановки и т. п. полная мощность теплового двигателя не требуется. Для изменения ее в кабине машиниста предусматривается орган управления (рукоятка, педаль или кнопки), который посредством дистанционных приводов воздействует на режим работы теплового двигателя. Управление может быть ступенчатым, если орган управления и дистанционный привод имеют несколько определенных положений, или плавным, если привод может быть остановлен в любом положении.

Используются два основных способа воздействия на режим теплового двигателя: 1) изменение настройки регулятора скорости, т. е. изменения угловой скорости двигателя, и 2) принудительное перемещение реек топливных насосов, т. е. изменение подачи топлива. При первом способе все управление двигателем осуществляется через регулятор, который в этом случае называется многорежимным (при ступенчатом управлении) или всережимным (при плавном управлении). При втором способе настройка регулятора не изменяется, и он работает как регулятор безопасности, ограничивающий наибольшую угловую скорость двигателя, и как регулятор холостого хода при минимальной угловой скорости. Такой регулятор называется двухрежимным.

Многорежимный регулятор

Настройка регулятора изменяется посредством перемещения опоры 1 (см. рис. 3.12) измерительного органа. При этом сила сжатия пружины меняется, но жесткость цилиндрической пружины сохраняется и, следовательно, характеристика поддерживающей силы в зависимости от перемещения муфты переносится параллельно самой себе. При номинальной угловой скорости двигателя центробежная сила имеет наибольшую величину. Поэтому пружина должна иметь минимальную длину, т. е. опора 1 занимает самое нижнее положение. Поддерживающая сила F₁ при этом имеет наибольшую величину (линия A₁B₁ на рис. 3.12). Центробежные силы, соответствующие минимальной (z₂) и. максимальной (z₁) подаче топлива, изображены прямыми 0А₁ и 0В₁.

Для уменьшения угловой скорости необходимо переместить опору 1 вверх. При этом характеристика поддерживающей силы снижается до F₂ (линия А₂В₂), равновесные центробежные силы уменьшаются и их характеристики для предельных величин подачи топлива занимают положение прямых ОА₂ и ОВ₂. Статизм регулятора при снижении угловой скорости увеличивается, что видно из следующего.

При номинальной скорости степень статизма равна

,

Рекомендуемые материалы

где F_в1 – восстанавливающая сила; ω_ДА1, ω_ДВ1 – угловые скорости, соответствующие максимальной и минимальной подаче топлива при характеристике А₁ В₁ поддерживающей силы

При настройке на минимальную угловую скорость степень статизма равна

При снижении угловой скорости восстанавливающая сила возрастает вследствие увеличения угла между линиями центробежной и поддерживающей сил. Таким образом, степень статизма растет не только из-за уменьшения центробежной силы, но и вследствие увеличения восстанавливающей силы.

Нечувствительность регулятора прямого действия, пропорциональная силе сухого трения, увеличивается вследствие уменьшения центробежной силы. Нечувствительность гидромеханического регулятора, которая в основном зависит от мертвого хода муфты, возрастает при снижении угловой скорости приблизительно так же, как степень статизма, так как вследствие мертвого хода координата z меняется в некоторых пределах.

Крутизну поддерживающей силы выбирают по условиям устойчивой работы двигателя с регулятором при номинальной угловой скорости. Для повышения точности регулирования при пониженных угловых скоростях целесообразно уменьшить крутизну поддерживающей силы, т.е. жесткость пружины регулятора. Это может быть выполнено путем использования нескольких пружин различной жесткости, которые постепенно вступают в действие при опускании опоры (рис.3.13а), или применения пружины с переменным диаметром (рис. 3.13б). В первом варианте результирующая жесткость изменяется ступенями (рис. 3.14а). Во втором варианте при опускании опоры в первую очередь сжимаются и выводятся из действия витки большого диаметра, так что жесткость пружины плавно увеличивается вследствие уменьшения числа действующих витков и их диаметра (рис. 3.14б).

Двухрежимный регулятор.

Как уже указывалось, двухрежимные регуляторы применяются на дизелях, управление которыми осуществляется путем изменения положения реек топливных насосов. Таким образом, рейки топливных насосов должны быть связаны механически с приводом управления, положение которого определяется машинистом, и с исполнительным органом регулятора, причем эти связи не должны препятствовать работе каждого из указанных органов.

Простейшая кинематическая схема двухрежимного регулятора прямого действия изображена на рис. 3.15. Для поддержания малой скорости при холостом ходе служит пружина 3. При ограни­чении максимальной скорости вводится более жесткая пружина 2. Рычаг 6 шарнирно соединен с рейками топливных насосов (точка С), с муфтой 5 измерителя (точка А) и приводом управления (точка В). Схема изображена для случая, когда орган управления установлен в положение холостого хода, которому соответствует определенное положение привода, т. е. точки В. Если при работе без нагрузки момент сопротивления потерь или крутящий момент двигателя изменяется, отклонение угловой скорости меняет положение точки А при неподвижной точке В и подача топлива изменяется как в обычном регуляторе прямого действия. Величина поддерживаемой угловой скорости определяется силой нажатия пружины 3.

При включении нагрузки машинист переводит орган управления в положение большей подачи топлива, что на схеме соответствует перемещению точки В вверх. Вследствие этого рычаг 6 поворачивается относительно точки А против часовой стрелки, увеличивая подачу топлива. Угловая скорость двигателя растет, грузы расходятся и муфта поднимается до соприкосновения с диском 4. Пружина 2 настроена так, что дальнейший подъем муфты возможен лишь при превышении максимальной угловой скорости. Следовательно, при всех рабочих скоростях независимо от положения привода управления муфта неподвижна и регулятор не действует. Подача топлива задается положением привода управления. Если вследствие уменьшения или сброса нагрузки при некотором положении его скорость превысит максимальную, центробежная сила становится больше поддерживающей силы, муфта поднимается, сжимая обе пружины, и поворачивает рычаг 6 в направлении уменьшения подачи топлива, поддерживая приблизительно постоянную скорость.

Таким образом, двухрежимный регулятор действует как регулятор холостого хода и как предельный. На рабочих режимах машинист рукояткой управления задает подачу топлива, а угловая скорость устанавливается в результате взаимодействия крутящего момента и момента сопротивления в точке равновесия.

В лекции "25 Диалектика и общество" также много полезной информации.

Гидромеханические регуляторы действуют относительно медленно и использование их в качестве регуляторов безопасности недостаточно эффективно. Они применяются обычно в качестве многорежимных регуляторов, а для защиты от чрезмерной скорости часто предусматриваются дополнительные предельные регуляторы прямого действия, настраиваемые на угловую скорость выше номинальной.

Характеристики момента дизеля с многорежимным регулятором (рис. 3.16 а) представляют собой сетку регуляторных характеристик, число которых при ступенчатом управлении равно числу положений органа управления, а наклон определяется степенью статизма регулятора; при изодромном регуляторе они вертикальны. Регуляторные характеристики ограничиваются сверху внешней характеристикой дизеля, получаемой при предельном положении исполнительного органа регулятора. Работа дизеля под нагрузкой возможна в любой точке каждой из характеристик и определяется моментом сопротивления нагрузки (линия АВ), а также положением органа управления, которым задается угловая скорость; подачу топлива устанавливает регулятор.

Устойчивость работы зависит главным образом от параметров регулятора. Если орган управления установлен в положение номинальной скорости, а момент сопротивления пересекает внешнюю характеристику при меньшей скорости, регулятор достигает положения упора, а режим дизеля с нагрузкой устанавливается путем саморегулирования и устойчивость его работы зависит лишь от характеристик крутящего момента и момента сопротивления.

При двухрежимном регуляторе (рис. 3.16б) положение органа управления задает внешнюю или частичные характеристики дизеля, ограничивающиеся по скорости регуляторными характеристиками, наклон которых, как и в предыдущем случае, зависит от степени статизма.

Режим работы определяется также пересечением момента сопротивления АВ с одной из характеристик, но в этом случае положение органа управления задает подачу топлива, а угловая скорость зависит от момента сопротивления. Устойчивость работы определяется в этом случае характеристиками дизеля и нагрузки. Если орган управления задает подачу топлива больше, чем требуется по нагрузке (точка В), то регулятор уменьшает подачу топлива, и тогда устойчивость зависит от параметров регулятора.