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性能特點和作用說明 |
康明斯電子調(diào)速器的作用、種類和使用說明 |
調(diào)節(jié)是不論是生活中還是機(jī)械中都是非常重要的部分，如同人體也具有自動調(diào)節(jié)的功能。調(diào)速器是一種自動調(diào)節(jié)裝置，可根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化，自動增加或減少噴油泵的供油量，使柴油發(fā)電機(jī)能以穩(wěn)定的速度運行。康明斯發(fā)電機(jī)組除了4B和6B系列部分機(jī)型是機(jī)械調(diào)速方式，其他所有機(jī)型全部采用電子調(diào)速系統(tǒng)，良好的電子調(diào)速性能可有效地防止“飛車”現(xiàn)象的發(fā)生。
一、機(jī)械式調(diào)速器（直接作用式）
機(jī)械調(diào)速器基于彈簧力和離心力之間的平衡。工作時，彈簧力總是將供油桿向增加循環(huán)供油的方向移動。離心力總是使供油桿向縮短循環(huán)供油的方向移動。當(dāng)載荷減小時，轉(zhuǎn)速增大，離心力大于彈簧力，供油桿向縮短循環(huán)供油方向移動，循環(huán)供油減少，轉(zhuǎn)速降低，離心力小于彈簧力。供油桿向添加循環(huán)供油方向移動，轉(zhuǎn)速再次上升。直到離心力和彈簧力平衡，供油桿保持不變，所以轉(zhuǎn)速基本在小范圍內(nèi)變化。相反，當(dāng)負(fù)荷增加時，轉(zhuǎn)速降低，彈簧力大于離心力，供油桿向增加循環(huán)供油的方向移動。增加循環(huán)供油時，轉(zhuǎn)速增加，彈簧力小于離心力，供油桿向減少循環(huán)供油的方向移動，轉(zhuǎn)速再次下降，直至離心力和彈簧力平衡。
1、機(jī)械調(diào)速器的作用
柴油噴油泵的供油取決于柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。隨著曲軸轉(zhuǎn)速的提高，供油也隨之增加。相反，供油縮短。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷變化時，轉(zhuǎn)速變化很大。具體來說，當(dāng)負(fù)荷降低時，轉(zhuǎn)速增加，影響柱塞泵循環(huán)供油的增加，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步增加。這種惡性循環(huán)導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越來越高，最后發(fā)動機(jī)跑得很快。相反，當(dāng)負(fù)荷增加時，轉(zhuǎn)速降低，影響柱塞泵循環(huán)供油的減少，循環(huán)供油的增加進(jìn)一步影響轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步降低，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越來越低，最終失速；要改變這種惡性循環(huán)，就需要一種能根據(jù)負(fù)荷變化自動調(diào)節(jié)的供油方式。使柴油發(fā)電機(jī)在規(guī)定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。移動供油桿可以改變循環(huán)供油，使柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變。因此，如果柴油發(fā)電機(jī)需要滿足使用要求，必須安裝調(diào)速器。
2、機(jī)械調(diào)速器的操作原理
目前所有的柴油發(fā)電機(jī)基本都采用全尺寸調(diào)速器，可以調(diào)節(jié)柴油發(fā)電機(jī)在規(guī)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)以任意轉(zhuǎn)速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。它和定速調(diào)速器的區(qū)別在于彈簧承壓板是主動做功的，所以彈簧力不是固定值，而是由操作桿調(diào)節(jié)。隨著操縱桿位置的變化，調(diào)速器彈簧的彈簧力也相應(yīng)變化，因此可以調(diào)節(jié)柴油發(fā)電機(jī)在任何轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定工作。
柴油發(fā)電機(jī)工作時，借助操縱桿將噴油泵齒桿調(diào)整到一定位置，使柴油發(fā)電機(jī)獲得設(shè)定轉(zhuǎn)速。在必要的速度下，飛球的離心力作用在傳動盤上，正好與彈簧力平衡。當(dāng)載荷減小時，轉(zhuǎn)速增加，飛球的離心力大于彈簧力，推動杠桿和齒桿向左移動，從而縮短供油，減少供油，降低轉(zhuǎn)速，直到飛球的離心力和彈簧力達(dá)到新的平衡。此時柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速比減負(fù)荷前稍高。柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷增加，轉(zhuǎn)速降低，飛球離心力減小。在彈簧力的作用下，推動杠桿使齒桿向右移動，供油增加，柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，直至飛球離心力與彈簧力進(jìn)一步平衡。此時柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速比加負(fù)荷前稍低。因此，當(dāng)操縱桿的位置不變時，調(diào)速器將保持柴油發(fā)電機(jī)在相應(yīng)轉(zhuǎn)速下的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。調(diào)速器根據(jù)發(fā)動機(jī)負(fù)荷的變化自動調(diào)節(jié)供油，這將保證發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在小范圍內(nèi)穩(wěn)定變化。
3、調(diào)速器類型
（1）按功能分為雙速調(diào)速器、全速調(diào)速器、恒速調(diào)速器和綜合調(diào)速器；
（2）根據(jù)速度感應(yīng)，有氣動調(diào)速器、機(jī)械離心調(diào)速器和復(fù)合調(diào)速器。
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機(jī)械式調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖 |
二、液壓式調(diào)速器（間接作用式）
飛重產(chǎn)生的離心力控制液壓放大機(jī)構(gòu)，并不直接移動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它與機(jī)械式轉(zhuǎn)速感應(yīng)元件都是利用力平衡原理（調(diào)速彈簧預(yù)緊力與飛重離心力平衡）。機(jī)械液壓調(diào)速器的感知測量元件、決策元件與執(zhí)行元件均為機(jī)械或機(jī)械液壓元件，故稱之為機(jī)械液壓調(diào)速器。常用的有T、ST和YT型機(jī)械液壓調(diào)速器T型單調(diào)節(jié)機(jī)械液壓調(diào)速器的主要部件包括飛擺（測量元件）與引導(dǎo)閥、主配壓閥與輔助接力器（放大元件）、緩沖器（軟反饋）、調(diào)差機(jī)構(gòu)（硬反饋）、變速（亦稱轉(zhuǎn)速調(diào)整）機(jī)構(gòu)、開度限制機(jī)構(gòu)、啟動裝置、電磁雙滑閥和啟動閥以及濾油器等。 ST型雙調(diào)節(jié)機(jī)械液壓調(diào)速器，除包括上述部件外，還增設(shè)輪葉調(diào)節(jié)裝置，它主要由協(xié)聯(lián)機(jī)構(gòu)、液壓放大機(jī)構(gòu)、水頭調(diào)整裝置和輪葉啟動裝置構(gòu)成。YT型機(jī)械液壓調(diào)速器在結(jié)構(gòu)上與T型機(jī)械液壓調(diào)速器大同小異，差別不大，不過，它是一種帶油壓裝置的機(jī)械式單調(diào)節(jié)調(diào)速器。
1、飛擺（離心飛擺）
用于發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速感知與測量，把發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化轉(zhuǎn)化為機(jī)械位移量。離心飛擺南鋼帶、重塊和彈簧等構(gòu)成，飛擺由與機(jī)組同步的飛擺電動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，感知和測量機(jī)組轉(zhuǎn)速，與給定機(jī)組轉(zhuǎn)速比較，根據(jù)其偏差產(chǎn)生機(jī)械位移，發(fā)出調(diào)節(jié)指令。
2、引導(dǎo)閥與輔助接力器
引導(dǎo)閥是一個信號綜合元件，一方面要比較發(fā)電機(jī)組的實際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速，另一方面，它又是一套機(jī)械液壓放大元件，可以把飛擺產(chǎn)生的位移信號、液壓控制信號，通過其液壓控制作用放大飛擺產(chǎn)生的微小位移信號。引導(dǎo)閥南針塞和轉(zhuǎn)動套等部件組成，轉(zhuǎn)動套與飛擺相連，隨機(jī)組轉(zhuǎn)速變化產(chǎn)生位移，控制通向輔助接力器的液壓油路。而輔助接力器接收來自于引導(dǎo)閥的信號，對主配壓閥進(jìn)行操作，南此完成對引導(dǎo)閥信號的第一級放大。
3、主配壓閥與主接力器
主配壓閥是第二級液壓放大元件，主配壓閥的活塞與輔助接力器活塞聯(lián)動，控制主接力器的液壓油路，對主接力器進(jìn)行控制，實現(xiàn)飛擺信號的第二級放大。
4、硬反饋元件
包括殘留不均衡機(jī)構(gòu)及其傳遞桿件。在自動控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)信號的反饋是保證達(dá)到調(diào)節(jié)目標(biāo)、降低過調(diào)量并使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。硬反饋元件通過桿件等剛性機(jī)構(gòu)及時將執(zhí)行元件的動作結(jié)果傳遞給綜合元件引導(dǎo)閥，經(jīng)引導(dǎo)閥與給定值比較，當(dāng)達(dá)到調(diào)節(jié)目標(biāo)時，對執(zhí)行元件發(fā)出停止指令。
5、軟反饋元件
包括緩沖器及其傳遞桿件。盡管調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過硬反饋將調(diào)節(jié)系統(tǒng)執(zhí)行信號反饋到引導(dǎo)閥，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)達(dá)到目標(biāo)值時及時停止調(diào)節(jié)進(jìn)程，但卻難以使引導(dǎo)閥回到原始位置。而且，由于機(jī)組的慣性等因素，僅靠硬反饋難以保證調(diào)節(jié)過程的穩(wěn)定性。而軟反饋環(huán)節(jié)利用緩沖器的暫態(tài)反饋特性是執(zhí)行元件達(dá)到調(diào)節(jié)目標(biāo)時及時停止動作，又利用緩沖器從動活塞的回復(fù)作用使引導(dǎo)閥針塞在調(diào)節(jié)完成后回到原先的位置。緩沖器的緩沖特性又配合了機(jī)組和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的的慣性，使調(diào)節(jié)過程實現(xiàn)穩(wěn)定。因此，軟反饋對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用，緩沖器又稱為調(diào)速器的鎮(zhèn)定元件。
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機(jī)械液壓調(diào)速器系統(tǒng)圖 |
三、電子調(diào)速器
信號監(jiān)測或執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電氣方式，電子調(diào)速器在結(jié)構(gòu)和控制原理上與機(jī)械式調(diào)速器有很大不同，它是將轉(zhuǎn)速和（或）負(fù)荷的變化以電子信號的形式傳到控制單元，與設(shè)定的電壓（電流）信號進(jìn)行比較后再輸出一個電子信號給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作拉動供油齒條加油或減油，以達(dá)到快速調(diào)整發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。電子調(diào)速器以電信號控制代替了機(jī)械調(diào)速器中的旋轉(zhuǎn)飛重等結(jié)構(gòu)，沒有使用機(jī)械機(jī)構(gòu)，動作靈敏、響應(yīng)速度快、動態(tài)與靜態(tài)參數(shù)精度高；電子調(diào)速器無調(diào)速器驅(qū)動機(jī)構(gòu)，體積小，安裝方便，便于實現(xiàn)自動控制。
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電子調(diào)速器原理圖 |
1、電子調(diào)速器的組成
康明斯調(diào)速器屬全電式調(diào)速器，不需要機(jī)械液壓傳動。它由轉(zhuǎn)速調(diào)整電位器、轉(zhuǎn)速傳感器、控制器、執(zhí)行器和保險電路等組成。
（1）轉(zhuǎn)速傳感器
轉(zhuǎn)速傳感器應(yīng)采集盡可能高的信號頻率。設(shè)計采用最高的信號頻率為12000Hz發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率關(guān)系的計算公式如下：
f=nz/60
式中f--頻率Hz；
n--發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速r／min；
Z--傳感齒輪齒致(或飛輪外圈齒數(shù))。
傳感器最好是從飛輪處測量轉(zhuǎn)速，安裝時傳感器與飛輪齒圈齒頂?shù)拈g隙為0.4-0.8mm。
（2）控制器
控制器的作用是根據(jù)傳感器測出的轉(zhuǎn)速實際值與其中設(shè)定值，進(jìn)行比較、并驅(qū)動執(zhí)行器執(zhí)行。
（3）轉(zhuǎn)速調(diào)整電位器
轉(zhuǎn)速調(diào)整電位器 用來根據(jù)發(fā)動機(jī)使用的最高允許轉(zhuǎn)速來調(diào)定頻率。在訂購時若寫明發(fā)動機(jī)的運行頻率，工廠根據(jù)要求調(diào)定好頻率。若訂單上未注明機(jī)組運行頻率，則出廠時頻率調(diào)定為1500Hz。如果此調(diào)定的頻率在發(fā)動機(jī)的空轉(zhuǎn)和最高轉(zhuǎn)之間，則可起動發(fā)動機(jī)并調(diào)節(jié)"speedmax" (最高轉(zhuǎn)速)電位器使發(fā)動機(jī)獲得最高運轉(zhuǎn)頻率。
（4）執(zhí)行器
執(zhí)行器主要由直流電機(jī)，傳動齒輪，輸出軸及反饋部件組成。執(zhí)行器由直流電機(jī)驅(qū)動，其扭矩通過一個中間齒輪傳至輸出軸。饋部件將執(zhí)行器的工作狀態(tài)傳入控制器以形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。執(zhí)行器的輸出軸搖臂通過調(diào)節(jié)連桿與噴油泵齒桿相連。
（5）保險電路
在電子調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)有保險電路，當(dāng)傳感信號中斷，如因電纜斷裂發(fā)動機(jī)停止遠(yuǎn)行時，它可以使執(zhí)行器停止工作，并使輸出軸搖臂恢復(fù)至"0"位置。
（6）可調(diào)旋鈕
○ 怠速(Low idle speed)調(diào)節(jié)旋鈕──用于調(diào)節(jié)滑油低壓，保護(hù)運轉(zhuǎn)時的最低轉(zhuǎn)速；
○ 設(shè)定轉(zhuǎn)速（Rated speed）調(diào)節(jié)旋鈕──用于調(diào)節(jié)設(shè)定轉(zhuǎn)速；
○ 穩(wěn)定度（Stability）調(diào)節(jié)旋鈕──用于穩(wěn)定性調(diào)節(jié)；
○ 增益量如（Gain）調(diào)節(jié)旋鈕──用于穩(wěn)定性調(diào)節(jié)。
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電子調(diào)速器可調(diào)按鈕示意圖 |
2、電子調(diào)速器分類
分為單純調(diào)頻型（單脈沖）和調(diào)頻調(diào)載型（雙脈沖）兩種。
（1）單脈沖電子調(diào)速器
單脈沖電子調(diào)速器用于單機(jī)運行，其瞬時調(diào)速率δ1一般在5％～7％，穩(wěn)定時間ts在3s～5s范圍內(nèi)；單脈沖電子調(diào)速器是以轉(zhuǎn)速脈沖信號來調(diào)節(jié)供油量；雙脈沖電子調(diào)速器是將轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的兩個單脈沖信號疊加起來調(diào)節(jié)供油量的。
（2）雙脈沖電子調(diào)速器
雙脈沖電子調(diào)速器用于并聯(lián)運行發(fā)電機(jī)組，其瞬時調(diào)速率一般不大于2％，穩(wěn)定時間ts不大于1s。脈沖電子調(diào)速器能在負(fù)荷一有變化而轉(zhuǎn)速尚未變化之前就開始調(diào)整供油量，其調(diào)整精度比單脈沖電子調(diào)速器高，更能保證供電頻率的穩(wěn)定。雙脈沖電子調(diào)速器的基本組成主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)速傳感器、負(fù)荷傳感器和速度控制單元等組成。若柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷突然增加，負(fù)荷傳感器的輸出電壓首先發(fā)生變化此后轉(zhuǎn)速傳感器的輸出電壓也發(fā)生相應(yīng)變化（數(shù)值均下降）。
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雙脈沖電子調(diào)速器工作流程 |
上述兩種降低的脈沖信號在速度控制單元內(nèi)與設(shè)定的轉(zhuǎn)速電壓比較傳感器的負(fù)值信號數(shù)值小于轉(zhuǎn)速設(shè)定電壓的正值信號數(shù)值、輸出正值的電壓信號，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中使輸出軸向加油方向轉(zhuǎn)動，增加柴油發(fā)電機(jī)的循環(huán)供油量。
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