Для оценки устойчивости выбранного положения муфты можно выбрать отношение

Р_р = [АЕ —А (Л(Ор)]/Д;г,

называемое фактором устойчивости чувствительного элемента (регулятора прямого действия). Так как Е = / (г) и А = / (г), то при со_р = сопз1, г|э = сопз1АЕ = (дЕ/дг)Дг иАЛ = (йА/с1г)Дг, поэтому

Р_р = дЕ/дг — ©р (йА/йг). (3.8)

Положительное значение Рр соответствует устойчивому поло­жению равновесия муфты и чем больше Рр₉ тем выше устойчи­вость. При отрицательном значении Рр положение равновесия является неустойчивым.

Такие чувствительные элементы используются иногда для автоматов безопасности (рис. 3.11), которые при превышении пре­дельного значения ©_р выключают подачу топлива к двигателю. Случай Р_р = 0 свидетельствует о том, что характеристики А ©р = = ! (г) и Е = / (г) совпадают, и положения равновесия муфты безразличны. Такой регулятор называется астатическим.

Степень неравномерности. Важнейшими статическими показа­телями работы чувствительного элемента и, следовательно, авто­матического регулятора прямого действия являются характер и диапазон изменения равновесной угловой скорости двигателя при сбросе нагрузки от полной до холостого хода. Они в значительной степени зависят от формы равновесной кривой чувствительного элемента.

Для оценки формы равновесной кривой введено понятие местной степени неравномерности 6₂, численно равной безраз­мерному уклону равновесной кривой в заданной точке с коорди­натами <0ро и г₀ так, что

6* = (г₀/ю_ро) (йсор/^г). (3.9)

В соответствии с уравнением (3.7) <о_р() = у^гЕ/А, поэтому

а ₌..

* Уе/а *

или после дифференцирования с учетом соотношений (3.8) и (3.9)

б, - Р»г₀/(2Е). (ЗЛО)

Диапазон изменения равновесных угловых скоростей вала двигателя или валика регулятора Д<о_р = аз_{р т}ах — <о_р лт ^на выбранной равновесной кривой при полном сбросе нагрузки от внешней скоростной характеристики 1 (см. рис. 2.3) до холостого хода (ось абсцисс) называют неравномерностью, остаточной не­равномерностью, -или статической ошибкой.

Для оценки неравномерности работы автоматического регуля­тора введено понятие степени неравномерности 6, иногда назы­ваемой общей степенью неравномерности. Ее значение можно определить интегрированием выражения (3.9) по ходу муфты. Пусть, например, о)_р0 = й)_рср = сопз1; тогда 8* = (г/со_рСр) X X (^о)_р!Лг), где средняя угловая скорость ш_рср = (ш_{р тах} + + о)_{р т}щ)/2. Следовательно,

(1(0рДОр ср ~ б₂ (б(2/2о).

Интегрируя левую и правую части уравнения в пределах от ю_р пип До Юр _шах, найдем

²шах

б = (б)р_Шах Юр шш)/Юр ср ⁵⁼³ о) (3.11)

^ет1п

При сор тах = со_{р т}щ и б = б_г = 0, а в соответствии о выра­жением (3.10) и = 0.

Степень неравномерности всережимных регуляторов зависит от заданного скоростного режима. Для выявления этой зависи­мости по оси ординат откладывают приведенные к центру массы груза восстанавливающую Е' и поддерживающую С«о\ силы в зависимости от радиуса вращения г.

В чувствительных элементах всережимных автоматических регуляторов с переменной предварительной деформацией пружин (рис. 3.12, а) при смене регулируемого скоростного режима изме­няется лишь предварительная деформация пружины, поэтому все характеристики Е' = / (г) усилий пружин, построенные в вы­бранных координатах, являются параллельными прямыми. Так как г щи — крайнее внутреннее, а г_тах — крайнее наружное по­ложение грузов, то #_п = Гтах — Лтп является полным переме­щением груза. Постепенно увеличивая предварительную дефор-

мадию пружины, можно подобрать такое ее значение, при кото­ром (при со_р = а>ро) характеристика восстанавливающей силы всеми своими точками совпадает с характеристикой поддержи­вающей силы С©р. Так как в этом случае любому положению муфты соответствует одно и то же значение угловой скорости грузов, то выбранный режим является астатическим.

Из равенства заштрихованных треугольников (рис. 3.12, а) следует, что

Д^з4 = ДЯЬ» (3.12)

где Д/Гз4 = Б'* — Е'ъ\ АЕ\₂ = Е'₂ — Е\.

Если г_ср — среднее положение грузов, то

^1 = Ш(0_р1 (г _Ср /?п/2);

Еъ = яю)р2 (гср Лп/2);

Ег — /лсОро (гср Лп/2)?

2?4 == /72СОро (Г_Ср Лп/2).

С учетом полученных выражений равенство (3.12) можно представить в виде

&>рО^?п = Гер (о)р2 — С0р1) + /?_п ((0р2 + СОрО/2. (3.13)Для выбранной деформации пружин степень неравномерности б = (со_р2 — (о_р1)/со_{р ср}, где ш_{р ср} = (со_р2 + со_р1)/2.

С помощью этих соотношений можно определить

0>р2 = Юрср(1+6/2);

^>_Р1 = ^рср (1 — 6/2).

Подстановка о>_р2 и о)_р1 в уравнение (3.13) дает

б² + (8гср/Лп) б + 4 [1 — (сйро/о>р _ср)²1 — О,

откуда

б = (4г_ср/Я_п)[/1 +(/?п/2г_ср)²[(о)ро/со_Рор)²- 1] - 0- (3-14)

В зависимости от скоростного режима со_рср и соотношения конструктивных размеров чувствительного элемента формулу (3.14) можно представить кривой б = / (со_рср) (рис. 3.13), пока­зывающей, что с уменьшением регулируемого скоростного ре­жима со_рср степень неравномерности чувствительного элемента всережимного механического регулятора увеличивается.

Характеристика регулятора с постоянной предварительной деформацией пружины, построенная в координатах Е⁹ — / (/*), приставляет собой одну прямую/—4 (см. рис. 3.12, б), охваты­вающую все возможные регулируемые режимы в диапазоне /?_п.

Один регулируемый скорост­ной режим, получающийся при движении рейки топливно­го насоса от полной подачи до подачи топлива на холостом ходу, охватывает лишь часть 2—3 характеристики 1—4> и следовательно, часть Д#_п пол­ного перемещения грузов #_п.

Расположение А/?_п в пределах

зависит от выбранного по­ложения рычага управления.

Угловая скорость со_р0 аста­тического режима определяется конструктивными параметрами

регулятора: массой т его грузов и жесткостью пружины 6_Г, приведенной к центру массы груза. Действительно, в соответ­ствии с характеристикой 3—4 (см. рис. 3.12, а)

Е4 = /ткйро (гср /?_п/2) = Ь_г (гср /?п/2),

откуда

(Оро = у Ь_г/т. (3.15)

Эта формула остается качественно справедливой и для регу­ляторов с постоянной предварительной деформацией пружины (см. рис. 3.12, б), поэтому степень неравномерности такого регу­лятора

6 = (4г;_р/Д#„)ЬЛ +(ДЯ„/2г_Ср)² [Ко/Юрср)²- 1] _ 1],

где Гс_Р — средний радиус вращения грузов, соответствующий выбранному Д#_п. Полученная формула указывает на то, что в регуляторах данного типа степень неравномерности также уве­личивается по мере уменьшения регулируемого скоростного режима (см. рис. 3.13).

Степень нечувствительности. Для перемещения рейки топлив­ного насоса на нее нужно воздействовать некоторой силой. Обо­значим эту силу, приведенную к оси движения муфты регуля­тора, через /. Так как сила / всегда направлена в сторону, проти­воположную направлению перемещения рлуфты, то в уравнение равновесия (3.7) она должна быть включена с двойным алгебраи­ческим знаком:

Е — Аа>1 ± / = 0.

Из этого уравнения можно найти два предельных значения угловой скорости (рис. 3.14, а):

со ; = /(1+7)М и шр = У{Е-П/А,

соответствующих одному и тому же положению муфты: юр —при увеличении угловой скорости грузов, а Ор — при ее умень­шении. При наличии силы / в интервале угловых скоростей юр — Юр чувствительный элемент не реагирует на изменение угловой скорости валика регулятора, поэтому указанный интервал угло­вых скоростей называется областью нечувствительности регу­лятора (заштрихована на рис. 3.14, а).

Для характеристики нечувствительности регулятора введено понятие степени нечувствительности

е_р = (юр — Шр)/й_р, (3.17)

где

©р = (юр + ©р)/2. (3.18)

Умножим и разделим выражение (3.17) на сумму Юр + Юр, и тогда, учитывая выражение (3.18), получим

е_р = [(ш_Р)² (<0_р)²]/2<0р.

Подстановка сюда выражений (3.16) с учетом того, что / < Е, приводит к отношению е_р = //(Люр) или в соответствии с урав­нением (3.7)

е_р = / 1Е. (3.19)

Из формулы (3.19) следует, что с уменьшением угловой ско­рости грузов регулятора его степень нечувствительности увели­чивается, так как значения поддерживающей и восстанавлива­ющей сил при этом уменьшаются (кривая 1 на рис. 3.14, б).

Предельные регуляторы. Регуляторы такого типа включаются в работу только при превышении двигателем номинального скоростного режима. Для этого пружина 3 регулятора (см. рис. 3.2) устанавливается с такой предварительной деформацией, которая обеспечивает преодоление поддерживающей силы гру-

зов 2 на всех скоростных режимах до номинального включи­тельно (точка А на рис. 3.15).

При достижении угловой скорости со_пред в точке С усилие пружины 3 (см. рис. 3.2) уравновешивается центробежными силами грузов 2, и при дальнейшем увеличении ш муфта 5 пере­мещается вверх, а рейка топливного насоса — в сторону выклю­чения подачи топлива. Крутящий момент двигателя при этом уменьшается в соответствии с регуляторными характеристиками 5, 6 и т. д. (рис. 3.15, б). При угловой скорости вала, меньшей о)_пред, двигатель работает при ручном управлении, т. е. практически без регулятора. При необходимости сменить частичную скоростную характеристику двигателя и, следовательно, скоростной режим необходимо воздействовать непосредственно на рейку топливного насоса, т. е. перемещать, например, точку 0 на рис. 3.2.

Прецизионные регуляторы прямого действия. Прецизион­ными называются такие однорежимные регуляторы, которые снабжены приспособлениями, позволяющими увеличивать точ­ность поддержания заданного скоростного режима, как, например, в регуляторе Р-11М. Работа такого регулятора начинается при ©о < ©ном (точка В на рис. 3.15), при которой Е_в — А<а Дальнейшее увеличение о>_р приводит к образованию регулятор­ной характеристики (штриховая линия на рис. 3.15, б) с малой степенью неравномерности, так как пружина 4 (рис. 3.16) имеет незначительную жесткость. При такой пружине регулятор с по­вышенной точностью (прецизионно) поддерживает заданный (но­минальный) скоростной режим при всех нагрузках. Однако при уменьшении жесткости пружины регулятора снижается устой-

чивость его работы (уменьшается значение дЕ/дг в формуле (3.8) и, следовательно, значение

Для обеспечения устойчивой работы регулятора его конструк­ция дополняется упруго присоединенным катарактом 11 с пру­жиной 9. При перемещении точки А влево поршень 10 отстает, пружина 9 растягивается, и ее усилие суммируется с усилием пружины 4, суммарная жесткость увеличивается, вследствие чего увеличиваются дЕ/дг и значение и регулятор работает устойчиво.

Двухрежимные регуляторы прямого действия. Регулирование двух скоростных режимов можно осуществить одним регулятором, если в нем установлены пружины 7 и 5 с различной предвари­тельной деформацией (рис. 3.17). В момент, когда угловая ско­рость со_Р1 грузов 3 достигнет значения, соответствующего Мини­мальному регулируемому режиму (рис. 3.18), поддерживающая сила грузов Лшр1 окажется равной усилию Е₀ предварительной деформации пружины 7. Дальнейшее повышение угловой ско­рости грузов вызывает увеличение центробежной силы грузов, в результате чего пружина 7 деформируется, муфта 10 переме­щается и с помощью рычага 5 передвигает рейку 9 топливного насоса в сторону уменьшения подачи топлива. Это приводит к образованию одной из регуляторных характеристик 11—14 (рис. 3.18, б).

При угловой скорости (0р2 муфта 10 регулятора (см. рис. 3.17) соприкасается с опорной втулкой 4 и останавливается, так как эта втулка находится под воздействием пружины 5, установленной с большой предварительной деформацией. Совместное усилие двух пружин значительно больше поддерживающей силы груза

при достигнутой угловой скорости со_р2, поэтому при дальнейшем ее увеличении вплоть до со_р3 = со_рНом муфта остается неподвиж­ной. Таким образом, регулятор в диапазоне скоростных режимов ^не воздействует на рейку топливного насоса, и управление двигателем осуществляется только вручную с по­мощью рычагов 6 и 5, причем рычаг 5 в этих случаях поворачи­вается относительно неподвижной опоры Л. Положения рычага 6 определяют выбор частичной скоростной характеристики 2—5 (рис. 3.18, б).

При угловой скорости о)_рз = сорном поддерживающая сила грузов оказывается равной суммарному усилию двух пружин 7 и 5 (см. рис. 3.17). Поэтому новое увеличение со вызывает дальней­шее перемещение муфты и рейки топливного насоса в сторону уменьшения подачи топлива с образованием в диапазоне о>₃ <; < ш₄ регуляторных характеристик 6—10 (рис. 3.18, б).

Регуляторная ветвь при работе на минимальных скоростных режимах может и не образоваться, если рычагом управления 6 рейка 9 (см. рис. 3.17) удерживается в положении полной подачи топлива (внешняя характеристика 1> рис. 3.18, б).

Всережимные регуляторы прямого действия. Используются всережимные механические регуляторы прямого действия двух типов: с переменной предварительной деформацией пружин (3.19, а, б) и с постоянной предварительной деформацией пру­жин (рис. 3.19, б).

Возможность изменять предварительную деформацию пружин в процессе работы создает всережимность регулирования. Так, предварительная деформация пружины, создающая усилие ,Е_ог, дает статическую характеристику 8 восстанавливающей силы (рис. 3.20, а), предварительная деформация с усилием Е₀₂ — характеристику 10 и т. д. Каждой из таких статических характе-

ристик соответствует своя равновесная кривая и, следовательно, своя регуляторная характеристика 2, 3, 4 и др. на рис. 3.20, б.

В частности, характеристика 2 на рис. 3.20, б соответствует характеристике 8 на рис. 3.20, а и т. д.

В регуляторах, установленных, например, на дизелях В-2, Д-6 (см. рис. 3.19, а), усилие, развиваемое чувствительным эле­ментом, через упорный диск 16, муфту 17 и рычаг 1 передается пружинам 5 регулятора, работающим на растяжение. Верхний конец рычага 1 тягами 9 и 10 соединен с рейкой топливного на­соса.

При повороте рычага управления И в крайнее левое положе­ние (до левого упора 12) установится минимальная предваритель­ная деформация пружины 5 с усилием Е₀₁, уравновешивающим центробежную силу грузов при со_т1п; в связи с этим при увеличе­нии © пружина 5 растягивается (характеристика 8 на рис. 3.20, а), и рейка перемещается в сторону уменьшения подачи топлива (регуляторная характеристика 2 на рис. 3.20, б, в). При желании увеличить скоростной режим рычаг 11 (см. рис. 3.19, а) повора­чивают вправо. При крайнем правом положении рычага 11 (пра­вый упор) предварительная деформация пружины оказывается максимальной, рассчитанной так, что растяжение ее (характе­ристика 11 на рис. 3.20, а) под действием центробежных сил нач­нется только при достижении номинального скоростного режима

(точка С на рис. 3.20, б, в). А-А

Аналогичный принцип действия имеет всережимный механиче­ский регулятор УТН-5 (см. рис. 3.19,6), но привод грузов 17 осуществляется через спиральную пружину 15, предназначенную для гашения высокочастотных крутильных колебаний кулачко­вого вала 13 и, таким образом, повышающую равномерность вра­щения грузов 17.

Регулятор обеспечивает также повышенную цикловую подачу юплива для пуска двигателя с помощью пружины 11 обогати­теля. При пуске двигателя основной рычаг 2 опирается на упор 4. При со < (*>& (см. рис. 3.20, в) усилие пружины 11 оказывается достаточным, чтобы удерживать рейку 9 (см. рис. 3.19, б) топлив­ного насоса в положении наибольшей цикловой подачи топлива. После запуска двигателя угловая скорость грузов увеличивается, и при со > сьь центробежная сила грузов 17 деформирует пру­жину 11 и перемещает рейку 9 в сторюну уменьшения подачи топлива. В связи с этим в интервале угловых скоростей от а>_к до со*, образуется пусковая скоростная характеристика 7 (см. рис. 3.20, в). При о = ©в = а)_т1п промежуточный рычаг 1

(см. рис. 3.19, б) соприкасается с основным рычагом 2, связанным с пружиной 7 регулятора. При установке рычага управления 10 в положение минимальной предварительной деформации пру­жины 7 совместное усилие пружин 11 и 7 удерживает рейку топливного насоса в положении, обеспечивающем образование внешней скоростной характеристики на участке ЬИ (см. рис. 3.20,в). Дальнейшее увеличение угловой скорости грузов (ш > ©_тт) приводит к формированию регуляторной характеристики 2. Пу­тем увеличения предварительной деформации пружины 7 можно задавать регуляторные характеристики 3—6.

В регуляторах с постоянной предварительной деформацией пружины (см. рис. 3.19, в) пружина 11 имеет жесткость, обеспе­чивающую образование характеристики 12 (см. рис. 3.20, а), охватывающей весь диапазон угловых скоростей от м_{р т1п} до Юртах_хх- Регуляторные характеристики двигателя образуются в таких регуляторах при частичном перемещении муфты. Напри­мер, регуляторная характеристика 2 минимального скоростного режима (см. рис. 3.20, б) сформируется при перемещении муфты в пределах Аг между характеристиками / и 2 поддерживающей силы (АВ на рис. 3.20, а), а крайняя правая регуляторная харак­теристика 6 (см. рис. 3.20, б) — при перемещении муфты в преде­лах СИ (см. рис. 3.20, а).

Смена регулируемых скоростных режимов осуществляется поворотом рычага управления 29 (см. рис. 3.19, в), при котором ось 8 (точка 0) смещается, и рычаг 12 поворачивается относи­тельно штырей 24, перемещая рейку топливного насоса в новое положение. Чем левее точка 0 (ось 5), тем правее интервал пере­мещения муфты Дг (см. рис. 3.20, а) и правее регуляторная харак­теристика (см. рис. 3.20, б, в), т. е. тем больше угловая скорость регулируемого скоростного режима.

Для того чтобы при значительных поворотах рычага 29 (см. рис. 3.19, в) не деформировалась сильная пружина 11, крон­штейн 22 связан с валиком 23 слабой спиральной пружиной. Однако наличие этой пружины в регуляторе может отрицательно влиять на работу регулятора при неисправном топливном на­сосе. Действительно, если рейку топливного насоса застопорить в положении полной подачи, то по мере увеличения угловой ско­рости Муфта может перемещаться влево из-за деформации пру­жины на валике 23, усилие которой (небольшое по значению) пере­дается к рейке топливного насоса. Рычаг 12 поворачивается при этом относительно точки А. Во избежание этого явления устанавли­вают специальный упор 9, который, соприкасаясь с рычагом 12, обеспечивает передачу центробежных сил грузов рейке топлив­ного насоса.

Всережимные регуляторы с пологими регуляторными харак­теристиками на промежуточных режимах. Применение всережим- ных регуляторов обеспечивает автоматическое поддержание ско-

Крутов В. И.

Рис. 3.21. Схема всережимного регуля­тора с пологими регуляторными характе­ристиками на промежуточных режимах:

1 — рейка; 2 — тяга; 3, 5, 9 — рычаги; 4, 7, 15 — пружины; 6 — винт; 8 — ролик; 10 — муфта; 11 — груз; 12 — траверса; 13 — повы­шающая зубчатая передача; 14 — валик

ростного режима и лишает води- теля возможности воздействия на подачу топлива. Регулятор, пока­занный на рис. 3.21, представ­ляет такую возможность.

На верхнем конце рычага 9 шарнирно смонтирован двупле­чий рычаг 5, на плечи которого действуют пружина 7, постав­ленная с большой предваритель­ной деформацией, и пружина управления 4. Рычаг 9, двуплечий рычаг 5 и пружина 7 составляют главный рычаг регулятора. Предварительная дефор­мация пружины устанавливается рычагом 3 управления, а ры­чаг 9 связан с пружиной 15 минимального скоростного режима. На неработающем двигателе рейка топливного насоса пру­жиной 15 удерживается в точке К (рис. 3.22) — в положении наи­большей (пусковой) подачи топлива. После запуска двигателя пружина 15 растягивается, и рейка 1 переводится в положение, соответствующее внешней скоростной характеристике (участок Л В). При © > в>_в центробежные силы грузов продолжают деформи­ровать пружину 15 и смещают рычаг 9 и рейку 1 топливного насоса в сторону уменьшения подачи топлива (участок ВС). При дальнейшем увеличении угловой скорости грузов вступает в работу пружина 4, натяжение которой, осуществляемое рыча­гом 3, определяет положение точки С на минимальной регулятор­ной характеристике. Таким образом, промежуточная регулятор­ная характеристика СО определяется совместной работой пру­жин 4 и 15. При достижении номинального режима (точка Е) центробежная сила грузов преодолевает дополнительное усилие предварительной деформации пружины 7, в результате чего фор­мируется участок предельной регуляторной характеристики йЕ.

Обеспечение всережимности регулирования. Всережимные ав­томатические регуляторы предназначены для поддержания зада­ваемой угловой скорости вала двигателя в широком диапазоне скоростных режимов. Однако при установке на двигателях меха­нических регуляторов степень неравномерности б и степень не­чувствительности е_р по мере уменьшения регулируемой угловой скорости резко возрастают и быстро достигают недопустимых значений (см. рис. 3.13 и 3.14, б). Поэтому при создании таких регуляторов необходимо предусматривать меры, исправляющие

эти недостатки. Так, для умень­шения степени нечувствительности в соответствии с формулой (3.19) необходимо либо уменьшать силу /, либо увеличивать восстанав­ливающую силу Е чувствитель­ного элемента.

Уменьшение силы / достига­ется улучшением качества обра­ботки трущихся поверхностей регулятора и топливного насоса, уменьшением числа трущихся пар, обильной смазкой и заменой тре­ния скольжения трением ка­чения. Восстанавливающую Е и поддерживающую А Юр силы можно увеличивать путем увели­чения либо массы грузов (в регуляторе, показанном на рис. 3.19,6, устанавливаются четыре груза вместо обычных двух), либо вве­дением передачи 2 на рис. 3.19, в или 13 на рис. 3.21, повыша­ющей угловую скорость е>р при заданной угловой скорости со вала двигателя. В результате может быть получена характери­стика 2 (см. рис. 3.14, в) вместо характеристики 1.

Построение зависимости 8 = / (ю_{р ор}) при = сопз1, г_ср = = соп$4; Юро = соп${ дает кривую, показанную на рис. 3.13.

Для изменения зависимости б = / (ю_{р ср}) в желаемом направ­лении следует отказаться от постоянства значений одного из параметров регулятора: г_ср; #_п ‘или <о_р0. Расчеты значений б при различных значениях г_ор и #_п показывают, что изменение зависимости б = /(ю_рСр) в желаемой направлении может быть обеспечено увеличением г_ор или уменьшением К_п. Однако уве­личение г_ор приводит к увеличению габаритных размеров регуля­тора, что нежелательно, а уменьшение может дать желаемый результат лишь на минимальных скоростных режимах, так как при режимах, близких к номинальному, это мероприятие приводит к заметному снижению устойчивости работы (регуляторные ха­рактеристики приближаются к астатическим, когда Р_р = 0). Исправить это положение можно путем введения переменного передаточного отношения рычага, связывающего муфту с рейкой топливного насоса, что приводит к усложнению конструкций ре­гулятора.

Таким образом, для обеспечения всережимности остается воз­можность изменения лишь угловой скорости ш_р0 астатического режима, значение которой определяется параметрами регулятора в соответствии с формулой (3.15). Наиболее часто изменение щ_р0 осуществляется за счет введения переменной приведенной же­сткости Ъ_т пружины. С этой целью во многих всережимных регуля­торах прямого действия применяют установку нескольких после-

довательно включающихся цилиндрических пружин, каждая из которых имеет постоянную жесткость (см. рис. 3.19, а, в).

Характеристики таких пружин показаны на рис. 3.23, а. При перемещении грузов на участке от г_Шп до г₂ деформируется только одна пружина с жесткостью Ь_г. В точке 2 включается вторая пружина с жесткостью Ь₂> и уклон характеристики вос­станавливающей силы от радиуса вращения грузов Е' — / (г) на участке 2—3 определяется суммарной жесткостью Ь_г + Ь₂- В точке 3 включается третья пружина, и уклон характеристики на участке 3—4 определяется суммарной жесткостью трех пру­жин Ь_г + Ь₂+ Ь₃. Таким образом, по мере уменьшения скорост­ного режима (уменьшения (о_рср) постепенно уменьшаются сум­марная жесткость пружин ^Ь_г ив соответствии с формулой (3.15) — угловая скорость со_р0 автоматического режима. Фор­мула (3.14) показывает, что в этих условиях степень неравно­мерности б достигает своего максимально допустимого значения (^50 %) при значительно меньших скоростных режимах, чем и обеспечивается всережимность регулирования.

В некоторых регуляторах прямого действия эффект снижения приведенной жесткости Ъ_т пружины по мере уменьшения со_{р ср} достигается одной пружиной 24 (рис. 3.24), наклон которой по мере поворота рычага 23 по часовой стрелке (в сторону уменьше­ния предварительной деформации пружины 24) увеличивается. Это приводит к уменьшению ее жесткости Ъ_г, приведенной к грузу 6 регулятора, чем достигается эффект, аналогичный ра­боте нескольких последовательно включающихся пружин.

В более сложных регуляторах (непрямого действия) для достижения такой же цели используют пружины переменной жесткости.

Статический расчет всережимного механического регулятора.

Статический расчет регулятора выполняют для определения раз­меров основных элементов регулятора и построения его статиче­ской характеристики.

К расчету регулятора приступают после выбора типа топлив­ного насоса и места расположения регулятора на двигателе. Это дает возможность построить кинематическую схему связи регу­лятора с топливным насосом и привода самого регулятора.

Выбрав тип топливного насоса, можно оценить перестановоч­ные силы /, которые должен преодолеть регулятор. Практика эксплуатации топливных насосов золотникового типа показывает, что на номинальном режиме при со_ном — 120-М80 с"¹ усилие /*, необходимое для перемещения рейки, отнесенное к одному плун­жеру, составляет 0,3—0,4 Н, причем оно увеличивается с умень­шением скоростного режима.

Если число секций г_ю то полное усилие перемещения рейки насоса, отнесенное к оси рейки (точка О на рис. 3.19, в), опре-

делится выражением = /_дД. При передаточном отношении и_р от точки И к муфте 6, связанной с рычагом 12 штырями 24, можно найти усилие, приведенное к муфте: / = и_р/д/_г. Путем задания степени нечувствительности е_{р яом} на номинальном режиме (в пределах 1,5—2 %) в соответствии с формулой (3.19) опреде­ляется значение необходимой на номинальном режиме восста­навливающей силы регулятора в виде отношения

А(Лр НОМ ⁼ Еном⁼ //®р ном» (3.20)

Пусть угол наклона конической тарелки 8 (см. рис. 3.1, д) чувствительного элемента равен а (см. рис. 3.5), тогда

Ла>р ном ⁼ С(0р ном а.

Так как С ⁼ ном* то

Еном⁼⁼ 1гГП_гГномШр вом с1§ сс, (3.21)

где (_г — число грузов в чувствительном элементе; т_Р — масса одного груза; г_ном — радиус вращения центра массы груза на номинальном режиме.

Из выражения (3.21) получаем

/Лр ⁼⁼ ^ном/(^'г^*ном®р ном а) “ 4яр_г^ш/3, (3.22)

где р_г — плотность материала груза; /?_ш — радиус шара.

Если для создаваемого регулятора выбран чувствительный элемент с качающимися грузами сложной формы (см., например, рис. 3.1, в), то в первом приближении всю массу грузов можно сосредоточить в их центрах масс и чувствительный элемент пред­ставлять с шаровыми качающимися грузами (см. рис. 3.1, а). В этом случае в соответствии с выражением (3.3) на номинальном режиме Я_ном = ар«1_г1$, откуда

Ш_Т ■— &Еном/О'г^ном^Ор ном)* (3.23)

где 5 и а — плечи груза (см. рис. 3.1, а).

Для определения г_ном следует рассчитать перемещения эле­ментов системы регулирования. Зная АН (перемещение рейки от положения, соответствующего максимальной подаче топлива, до положения, соответствующего холостому ходу), можно опре­делить перемещение муфты Дг = и_р АН и грузов чувствительного элемента (см. рис. 3.1,5) Дг = Аг с1§ а. Перемещения Дг, ДА и Дг соответствуют одной регуляторной характеристике.

Во всережимных регуляторах с постоянной предварительной деформацией пружин изменение регулируемого скоростного ре­жима осуществляется поворотом рычага управления (см. рычаг 29 на рис. 3.19, в). Крайние его положения обусловливают полное перемещение муфты г_п регулятора, охватывающее все скоростные режимы, причем г_п = (4-^5) Аг. После этого находят и полное перемещение грузов. Для чувствительного элемента, показанного на рис. 3.1, д, Я_а = г_а с1§ а.

При известном Я_п и минимальном радиусе вращения г_т1п, который определяют из конструктивных соображений при проек­тировании звездочки, находят г_тах = г_га1п + /?_п и г_ном = г_тах —

— Дг, после чего выполняют расчет по формуле (3.22) и присту­пают к расчету пружин регулятора. Для этого на абсциссе гра­фика (рис. 3.23, а) отмечают известные г_тт, г_тах и г_ном и на номинальном радиусе ординату 5н_0м = ^номМ§ а == Ссо| _ном (точка 4) для чувствительного элемента на рис. 3.1, д и Е'_в0м = = зЕ_ЯОи/а = Солрном Для чувствительного элемента на рис. 3.1, а-

Для нахождения характеристики Е' — / (г) необходимо оце­нить на номинальном режиме степень неравномерности (6_аом « « 5ч-7 %), затем из соотношения 6_аом = (со_{р тах} — со_{р т1п})/со_{р ср} определить

Юр „их = Юр _вом (2 -)- б_ном)/(2 б ном)

и по условию Ет&х = С<йр _тах на радиусе г_тах найти точку 4' (см. рис. 3.23, а). Прямая, соединяющая точки 4 и 4', является характеристикой Е' = / (г), обеспечивающей работу регулятора на предельном регулируемом режиме. Разность ДЕв_ОМ = Е\> —

— Е'„_ои дает изменение восстанавливающей силы регулятора при перемещении рейки от положения, соответствующего полной подаче топлива, до положения холостого хода. Зная величину Д-Еном = ДЕном с!§ а или АЕ_яом — а АЕ'_ЯОы/$, а также Аг (перемещение муфты), можно определить жесткость пружин все- режимного регулятора на номинальном режиме в виде отно­шения

^ном ⁼ АЕ_В0Ы/ Дг. (3.24)

Аналогичный расчет необходимо выполнить и для минималь­ного скоростного режима. Минимальная угловая скорость вала двигателя при полной нагрузке обычно задается (<о_р1), а радиус г_тщ, на котором должен быть расположен центр массы груза, определяется из конструктивных соображений. Точка 1 харак­теристики Е' = / (г) (см. рис. 3.23, а) определится из условия

Ет!п ⁼ С(Ор ш!п ⁼ /И_гГш!п®р т(п-

Степень неравномерности б_тах минимального скоростного ре­жима для транспортного дизеля выбирают обычно в пределах 40—45 %. Это дает возможность определить угловую скорость холостого хода ю_рХ1= со_р1(2 + б_тах)/(2 —6_тах), поддержи­вающую силу С©р _хх = Ехх и на абсциссе г_т|_П + Дг найти точку Г. Прямая, соединяющая точки 1 а Г, является также характери­стикой Е' = / (г).

Различный наклон характеристик 4—4' и 1—V свидетель­ствует о различной жесткости пружин, которые должны обеспе­чить заданные значения степени неравномерности выбранных скоростных режимов. В связи с этим в регуляторе необходимо использовать по крайней мере две последовательно включа-

ющиеся пружины, причем ха­рактеристика 1—1’ соответствует работе одной (наружной) пружи­ны. Точка пересечения А полу­ченных характеристик опреде­ляет момент включения, второй пружины при работе регулятора с двумя пружинами.

Для проверки достаточности двух пружин от точки А в обе стороны по оси абсцисс откла­дывают А г, определяют соответ­ствующие Юр и подсчитывают степени неравномерности. Если они укладываются в допустимые границы, то регулятор проекти­руют с двумя пружинами. Если границы не выдерживаются, не­обходимо ввести еще одну (промежуточную) пружину, момент включения которой определяют подбором характеристики 2—3 с помощью построения графика б = / (со_{р ор}), изображенного на рис. 3.25. Для этого от точек 2, 3, 4 (см. рис. 3.23, а) вправо и влево, а от точки I вправо по оси абсцисс откладывают А г, по соответствующим ординатам определяют угловые скорости со_р1,.> (о_р2, Юрз и т. д. и подсчитывают степени неравномерности о₁₍ 6₂, б₃ и т. д. При правильном подборе пружин значения 6_г распо­лагаются в пределах между бпи* и 8_Н0М (точка 6) и выше харак­теристики степени нечувствительности.