典型機械式調速器的構造與工作原理
發布時間：2024-12-06 點擊：42
典型機械式調速器的構造與工作原理
調速器主要作用是改變柴油機得油量調節機構，使其轉速調節到規定得轉速范圍。柴油機不同轉速和負荷就是通過改變循環噴油量來獲得，欲使柴油機得功率與新得外界負荷相適應，就應該及時改變噴油量。為了使柴油機在選定得轉速下穩定運行，必裝有調速裝置，通過她自動地改變柴油機噴油泵得噴油量，以適應外界負荷得變化。
一、i號噴油泵調速器
① i號噴油泵調速器的構造
i號噴油泵調速器為機械全程式調速器，其構造如圖1所示。i號噴油泵調速器主要由驅動件、飛球、調速彈簧、傳動部分和操縱部分等組成。
i號噴油泵調速器的驅動件為具有60°錐面的驅動盤。在驅動盤的內側有六個沿徑向的半圓形凹槽。驅動盤壓緊在驅動軸套上而與其連成一體，然后通過半圓鍵和鎖緊螺母使其和噴油泵的凸輪軸相連。
圖1 柴油機i號噴油泵調速器的構造
1-調速手柄；2-調速彈簧；3-高速限位螺釘；4-調速限位塊；5-息速限位螺釘；6-油量限位螺釘；
7-滑套；8-校正彈簧；9-推力盤；10-飛球；11-驅動盤；12-凸輪軸；13-啟動彈簧；
14-供油拉桿；15-停車手柄；16-停車彈簧；17-傳動板
六個直徑為25.4mm的飛球置于驅動盤的凹槽內，隨驅動盤一起旋轉。飛球另一側為與軸線成45°錐面的推力盤，推力盤滑套在驅動軸套上。工作時飛球的離心力作用在推力盤上，其軸向分力f。將使推力盤沿軸向滑動。套裝在推力盤上的滑動軸承和傳動板也隨之移動。傳動板上端套在供油拉桿上，因此供油拉桿也隨之移動，從而改變供油量。
在調速器縱軸上套有一根扭簧，即調速彈簧（見圖2）。扭簧兩端壓在滑套上，滑套端面則緊靠傳動板，當傳動板向左移動時，需要克服彈簧的壓力。轉動調速手柄即可改變扭簧的壓力，因而改變了調速器起作用的轉速。
圖2 柴油機操縱軸與調速彈簧
在操縱軸上裝有調速限位塊（如圖1所示），它隨調速手柄一道轉動。順時針轉動調速手柄，使調速限位塊上端與高速限位螺釘相碰時，調速彈簧的預緊力最大，對應于柴油機最高轉速工況（一般即為標定轉速）。逆時針轉動調速手柄，使限位塊下端與怠速限位螺釘相碰，調速彈簧的預緊力最小，對應于柴油機的最低轉速工況。
② i號噴油泵調速器的工作原理
（1）一般工況：
當調速手柄處于兩個限位螺釘之間的任一位置時，柴油機將穩定到某一轉速下工作，飛球的離心力與調速彈簧彈力處于平衡狀態。如這時外界負荷發生變化而引起轉速變化，飛球離心力與調速彈簧彈力失去平衡，調速器將自動調節供油量，使柴油機轉速維持在原來轉速附近變化較小的范圍內。
（2）冷啟動工況：
柴油機冷態啟動時，由于壓縮終了時氣缸內氣體的壓力和溫度較低，不利于燃油的蒸發和混合氣的形成。因此，要求噴油泵供給比正常情況下更多的柴油（稱為啟動加濃），才能保證一定的混合氣成分。
i號噴油泵調速器的啟動加濃作用是由啟動彈簧來實現的，如圖3所示。當柴油機停車時，啟動彈簧將供油拉桿拉到最左端，供油量達到較大的數值。柴油機啟動時，由于轉速較低，飛球離心力很小，不足以克服啟動彈簧的拉力，因此使啟動油量較大。柴油機啟動后，轉速迅速上升，飛球離心力即大于啟動彈簧拉力，使供油拉桿右移而減小供油量，啟動加濃則停止作用。
圖3 柴油機啟動工況與停車裝置
（3）怠速工況：
調速手柄轉到限位塊與怠速限位螺釘相碰時，則調速彈簧放松，預緊力最小，柴油機則穩定在最低轉速下工作。調整怠速限位螺釘位置，可改變最低穩定轉速。擰進時轉速提高，反之降低。調整時應達到能使柴油機轉速較低而又能穩定運轉為佳。
（4）最高工作轉速工況：
調速手柄的限位塊與高速限位螺釘相碰時，調速彈簧受到最大壓縮而預緊力最大，柴油機處于最高轉速工況下工作。如這時外界負荷減小，轉速上升，飛球離心力將使供油拉桿向減小供油量方向移動，使柴油機輸出轉矩與負荷相平衡。如負荷全部卸去，調速器將使供油量減至最小，柴油機處于最高空轉轉速下工作。裝有調速器的柴油機，最高空轉轉速與最高工作轉速之間差距較小，一般在100～200r/min左右，因而起到防止柴油機超速運轉發生“飛車”危險的作用。
（5）超負荷工況：
工程機械、發電機組及拖拉機用的柴油機，在工作時經常會遇到短期阻力突然增大的情況。如柴油機已處于滿負荷下工作，供油量已達到最大，這時如出現超負荷情況，柴油機轉速會迅速降低而熄火。為了提高柴油機克服短期超負荷的能力，在全程式調速器中多裝有校正裝置。校正裝置可使柴油機在超負荷時增加供油量15％～20％左右。供油量增加過多會因燃燒不完全而冒黑煙，使性能惡化和積炭增多，因而是不允許的。
i號噴油泵調速器的校正裝置與工作原理如圖4所示。
圖4 柴油機校正裝置工作原理
圖4（a）為無校正裝置時的情況。當柴油機超負荷時，轉速降到小于標定轉速，飛球離心力的軸向分力fa小于調速彈簧彈力fe，于是滑套被壓緊在油量限位螺釘凸肩上而不能繼續左移，供油量不能再增加。
圖4（b）為有校正裝置時，柴油機處于中等負荷時的情況。這時，校正彈簧8處于自由狀態，且與滑套7間還留有間隙8。
圖4（c）為柴油機在標定工況下工作時的情況。滑套剛開始與校正彈簧相接觸，間隙δ消失，而滑套與油量限位螺釘的凸肩仍有間隙δ2，此時供油拉桿處于標定油量位置。
圖4（d）為柴油機處于超負荷工作時的情況。由于曲軸轉速下降，飛球離心力的軸向分力fa減小。調速彈簧的彈力f。大于fa，迫使滑套左移，開始壓縮校正彈簧。供油拉桿也相應向增加供油量方向移動少許，以克服超負荷。當滑套與油量限位螺釘凸肩相碰，校正油量達到最大。此時，校正彈簧的彈力f；和飛球的軸向分力f。兩者相加與f。相平衡。
從滑套開始壓縮校正彈簧到與凸肩相碰為止，供油拉桿所移動的距離稱為校正行程。i號噴油泵調速器的最大校正行程為1.2～1.5mm。
（6）停機：由于帶全程式調速器的噴油泵，操作員只能操縱調速彈簧的預緊力，而不能直接控制供油拉桿，因此當需要緊急停機時，必須還有專門的機構來停止供油。i號噴油泵調速器上裝有緊急停機手柄［圖2-85（b）］，供緊急停機時使用。扳動緊急停車手柄，可使供油拉桿移至最右端，噴油泵即停止供油而使柴油機熄火。
二、b型噴油泵調速器
1、調速器結構
b型強化噴油泵所用調速器的結構如圖5所示。目前4缸基本型柴油機上所用的調速器都是這種機械全程式調速器。
圖5 柴油機b型噴油泵用全程式調速器
1-蓋帽；2-呼吸器；3-調速器前殼；4-搖桿；5-調速彈簧；6-拉桿彈簧；7-拉桿接頭；8-齒桿連接銷；9-齒桿；10-操縱軸；11-調速杠桿；12-滾輪；13-飛錘銷；14-飛錘；15-托架；16-止推軸承；17,21-滾動軸承；18-伸縮軸；19-杠桿軸；20-飛錘支架；22-調速齒輪；23-凸輪軸；24-螺母；25-彈簧；26-彈簧座；27-緩沖彈簧；28-轉速計傳動軸；29-調速器后殼；30-放油螺釘；31-螺塞；32-拉桿支承塊；33-滑輪；34-低速穩定器；35-停車手柄；36-扇形齒輪；37-低速限制螺釘；38-微量調速手輪；39-高速限制螺釘；40-螺套；41-機油
調速器是由裝在噴油泵凸輪軸末端的調速齒輪部件驅動。調速齒輪部件內裝有三片彈簧片，對突然改變轉速能起緩沖作用。由于提高了調速飛錘的轉速，其外形尺寸可小些。兩個重量相等的飛錘由飛錘銷裝在飛錘支架上。伸縮軸抵住調速杠桿部件中的滾輪，調速杠桿與噴油泵齒桿相連，調速彈簧的一端掛在調速杠桿上，另一端掛在調速彈簧搖桿上，擺動搖桿則可調節調速彈簧的拉力。調速器操縱手柄按柴油機用途不同有三種形式。其中微量調節操縱手柄，用于要求轉速較準確的直列式柴油機（如發電機組）。操縱機構上有高速限制螺釘，用來限制柴油機的最高轉速，即限制調速彈簧最大拉力時的手柄位置。在柴油機出廠時該螺釘已調整好，并加鉛封，用戶不得隨意變動。
調速器后殼端裝有低速穩定器，可用以調節柴油機在低轉速時的不穩定性。由于安裝地位的關系，只有在6缸直列型柴油機的調速器后殼上才設有轉速表傳動裝置接頭。調速器前殼上裝有停車手柄，當柴油機停車或需要緊急停車時，向右扳動停車手柄即可緊急停車。調速器潤滑油與噴油泵不相通，加油時，由調速器上蓋板的加油口注入，油加到從機油平面螺釘孔口有油溢出為止。
調速器工作原理：當柴油機在某一穩定工況工作時，飛錘的離心力與調速彈簧拉力及整套運轉機構的摩擦力相平衡，于是飛錘、調速杠桿及各機件間的相互位置保持不變，則噴油泵的供油量不變，柴油機在某一轉速下穩定運轉；當柴油機負荷減低時，噴油泵供油量大于柴油機的需要量，于是柴油機轉速增高，則飛錘的離心力大于調速彈簧的拉力，兩者的平衡被破壞，飛錘向外張開，使伸縮軸向右移動，從而使調速杠桿繞杠桿軸向右擺動。此時調速彈簧即被拉伸，噴油泵的調節齒桿向右移動，供油量減少，轉速降低，直至飛錘的離心力與調速彈簧的拉力再次達到平衡，這時柴油機就穩定在比負荷減少前略高的某一轉速下運轉；當柴油機負荷增加時，噴油泵供油量小于柴油機的需要量而引起轉速降低，飛錘的離心力小于調速彈簧的拉力，調速彈簧即行收縮，調速
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一、i號噴油泵調速器
① i號噴油泵調速器的構造
i號噴油泵調速器為機械全程式調速器，其構造如圖1所示。i號噴油泵調速器主要由驅動件、飛球、調速彈簧、傳動部分和操縱部分等組成。
i號噴油泵調速器的驅動件為具有60°錐面的驅動盤。在驅動盤的內側有六個沿徑向的半圓形凹槽。驅動盤壓緊在驅動軸套上而與其連成一體，然后通過半圓鍵和鎖緊螺母使其和噴油泵的凸輪軸相連。
圖1 柴油機i號噴油泵調速器的構造
1-調速手柄；2-調速彈簧；3-高速限位螺釘；4-調速限位塊；5-息速限位螺釘；6-油量限位螺釘；
7-滑套；8-校正彈簧；9-推力盤；10-飛球；11-驅動盤；12-凸輪軸；13-啟動彈簧；
14-供油拉桿；15-停車手柄；16-停車彈簧；17-傳動板
六個直徑為25.4mm的飛球置于驅動盤的凹槽內，隨驅動盤一起旋轉。飛球另一側為與軸線成45°錐面的推力盤，推力盤滑套在驅動軸套上。工作時飛球的離心力作用在推力盤上，其軸向分力f。將使推力盤沿軸向滑動。套裝在推力盤上的滑動軸承和傳動板也隨之移動。傳動板上端套在供油拉桿上，因此供油拉桿也隨之移動，從而改變供油量。
在調速器縱軸上套有一根扭簧，即調速彈簧（見圖2）。扭簧兩端壓在滑套上，滑套端面則緊靠傳動板，當傳動板向左移動時，需要克服彈簧的壓力。轉動調速手柄即可改變扭簧的壓力，因而改變了調速器起作用的轉速。
圖2 柴油機操縱軸與調速彈簧
在操縱軸上裝有調速限位塊（如圖1所示），它隨調速手柄一道轉動。順時針轉動調速手柄，使調速限位塊上端與高速限位螺釘相碰時，調速彈簧的預緊力最大，對應于柴油機最高轉速工況（一般即為標定轉速）。逆時針轉動調速手柄，使限位塊下端與怠速限位螺釘相碰，調速彈簧的預緊力最小，對應于柴油機的最低轉速工況。
② i號噴油泵調速器的工作原理
（1）一般工況：
當調速手柄處于兩個限位螺釘之間的任一位置時，柴油機將穩定到某一轉速下工作，飛球的離心力與調速彈簧彈力處于平衡狀態。如這時外界負荷發生變化而引起轉速變化，飛球離心力與調速彈簧彈力失去平衡，調速器將自動調節供油量，使柴油機轉速維持在原來轉速附近變化較小的范圍內。
（2）冷啟動工況：
柴油機冷態啟動時，由于壓縮終了時氣缸內氣體的壓力和溫度較低，不利于燃油的蒸發和混合氣的形成。因此，要求噴油泵供給比正常情況下更多的柴油（稱為啟動加濃），才能保證一定的混合氣成分。
i號噴油泵調速器的啟動加濃作用是由啟動彈簧來實現的，如圖3所示。當柴油機停車時，啟動彈簧將供油拉桿拉到最左端，供油量達到較大的數值。柴油機啟動時，由于轉速較低，飛球離心力很小，不足以克服啟動彈簧的拉力，因此使啟動油量較大。柴油機啟動后，轉速迅速上升，飛球離心力即大于啟動彈簧拉力，使供油拉桿右移而減小供油量，啟動加濃則停止作用。
圖3 柴油機啟動工況與停車裝置
（3）怠速工況：
調速手柄轉到限位塊與怠速限位螺釘相碰時，則調速彈簧放松，預緊力最小，柴油機則穩定在最低轉速下工作。調整怠速限位螺釘位置，可改變最低穩定轉速。擰進時轉速提高，反之降低。調整時應達到能使柴油機轉速較低而又能穩定運轉為佳。
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調速手柄的限位塊與高速限位螺釘相碰時，調速彈簧受到最大壓縮而預緊力最大，柴油機處于最高轉速工況下工作。如這時外界負荷減小，轉速上升，飛球離心力將使供油拉桿向減小供油量方向移動，使柴油機輸出轉矩與負荷相平衡。如負荷全部卸去，調速器將使供油量減至最小，柴油機處于最高空轉轉速下工作。裝有調速器的柴油機，最高空轉轉速與最高工作轉速之間差距較小，一般在100～200r/min左右，因而起到防止柴油機超速運轉發生“飛車”危險的作用。
（5）超負荷工況：
工程機械、發電機組及拖拉機用的柴油機，在工作時經常會遇到短期阻力突然增大的情況。如柴油機已處于滿負荷下工作，供油量已達到最大，這時如出現超負荷情況，柴油機轉速會迅速降低而熄火。為了提高柴油機克服短期超負荷的能力，在全程式調速器中多裝有校正裝置。校正裝置可使柴油機在超負荷時增加供油量15％～20％左右。供油量增加過多會因燃燒不完全而冒黑煙，使性能惡化和積炭增多，因而是不允許的。
i號噴油泵調速器的校正裝置與工作原理如圖4所示。
圖4 柴油機校正裝置工作原理
圖4（a）為無校正裝置時的情況。當柴油機超負荷時，轉速降到小于標定轉速，飛球離心力的軸向分力fa小于調速彈簧彈力fe，于是滑套被壓緊在油量限位螺釘凸肩上而不能繼續左移，供油量不能再增加。
圖4（b）為有校正裝置時，柴油機處于中等負荷時的情況。這時，校正彈簧8處于自由狀態，且與滑套7間還留有間隙8。
圖4（c）為柴油機在標定工況下工作時的情況。滑套剛開始與校正彈簧相接觸，間隙δ消失，而滑套與油量限位螺釘的凸肩仍有間隙δ2，此時供油拉桿處于標定油量位置。
圖4（d）為柴油機處于超負荷工作時的情況。由于曲軸轉速下降，飛球離心力的軸向分力fa減小。調速彈簧的彈力f。大于fa，迫使滑套左移，開始壓縮校正彈簧。供油拉桿也相應向增加供油量方向移動少許，以克服超負荷。當滑套與油量限位螺釘凸肩相碰，校正油量達到最大。此時，校正彈簧的彈力f；和飛球的軸向分力f。兩者相加與f。相平衡。
從滑套開始壓縮校正彈簧到與凸肩相碰為止，供油拉桿所移動的距離稱為校正行程。i號噴油泵調速器的最大校正行程為1.2～1.5mm。
（6）停機：由于帶全程式調速器的噴油泵，操作員只能操縱調速彈簧的預緊力，而不能直接控制供油拉桿，因此當需要緊急停機時，必須還有專門的機構來停止供油。i號噴油泵調速器上裝有緊急停機手柄［圖2-85（b）］，供緊急停機時使用。扳動緊急停車手柄，可使供油拉桿移至最右端，噴油泵即停止供油而使柴油機熄火。
二、b型噴油泵調速器
1、調速器結構
b型強化噴油泵所用調速器的結構如圖5所示。目前4缸基本型柴油機上所用的調速器都是這種機械全程式調速器。
圖5 柴油機b型噴油泵用全程式調速器
1-蓋帽；2-呼吸器；3-調速器前殼；4-搖桿；5-調速彈簧；6-拉桿彈簧；7-拉桿接頭；8-齒桿連接銷；9-齒桿；10-操縱軸；11-調速杠桿；12-滾輪；13-飛錘銷；14-飛錘；15-托架；16-止推軸承；17,21-滾動軸承；18-伸縮軸；19-杠桿軸；20-飛錘支架；22-調速齒輪；23-凸輪軸；24-螺母；25-彈簧；26-彈簧座；27-緩沖彈簧；28-轉速計傳動軸；29-調速器后殼；30-放油螺釘；31-螺塞；32-拉桿支承塊；33-滑輪；34-低速穩定器；35-停車手柄；36-扇形齒輪；37-低速限制螺釘；38-微量調速手輪；39-高速限制螺釘；40-螺套；41-機油
調速器是由裝在噴油泵凸輪軸末端的調速齒輪部件驅動。調速齒輪部件內裝有三片彈簧片，對突然改變轉速能起緩沖作用。由于提高了調速飛錘的轉速，其外形尺寸可小些。兩個重量相等的飛錘由飛錘銷裝在飛錘支架上。伸縮軸抵住調速杠桿部件中的滾輪，調速杠桿與噴油泵齒桿相連，調速彈簧的一端掛在調速杠桿上，另一端掛在調速彈簧搖桿上，擺動搖桿則可調節調速彈簧的拉力。調速器操縱手柄按柴油機用途不同有三種形式。其中微量調節操縱手柄，用于要求轉速較準確的直列式柴油機（如發電機組）。操縱機構上有高速限制螺釘，用來限制柴油機的最高轉速，即限制調速彈簧最大拉力時的手柄位置。在柴油機出廠時該螺釘已調整好，并加鉛封，用戶不得隨意變動。
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調速器工作原理：當柴油機在某一穩定工況工作時，飛錘的離心力與調速彈簧拉力及整套運轉機構的摩擦力相平衡，于是飛錘、調速杠桿及各機件間的相互位置保持不變，則噴油泵的供油量不變，柴油機在某一轉速下穩定運轉；當柴油機負荷減低時，噴油泵供油量大于柴油機的需要量，于是柴油機轉速增高，則飛錘的離心力大于調速彈簧的拉力，兩者的平衡被破壞，飛錘向外張開，使伸縮軸向右移動，從而使調速杠桿繞杠桿軸向右擺動。此時調速彈簧即被拉伸，噴油泵的調節齒桿向右移動，供油量減少，轉速降低，直至飛錘的離心力與調速彈簧的拉力再次達到平衡，這時柴油機就穩定在比負荷減少前略高的某一轉速下運轉；當柴油機負荷增加時，噴油泵供油量小于柴油機的需要量而引起轉速降低，飛錘的離心力小于調速彈簧的拉力，調速彈簧即行收縮，調速
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活塞的作用、結構與工作過程
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