（机械工程专业论文）16v240zjd型大修柴油机游车问题的研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 东风4 型内燃机车是交一直流电力传动，干线客用、货用的内燃机车。而柴油机是 机车的心脏、动力源，柴油机质量的可靠性直接影响到机车运行的安全。1 6 v 2 4 0 z j d 型 大修柴油机为v 型、四冲程、直接喷射式、废气涡轮定压增压，并经中间冷却的中速柴 油机。采用铸焊结构机体、并列连杆、组合式活塞、球墨铸铁曲轴、兼能调节转速和功 率的c a x 型联合调节器。 目前，由大连机车车辆有限公司生产的内燃机车遍布全国各地，自1 9 9 7 年以来， 新造1 6 v 2 4 0 z j d 型柴油机已经达到1 4 0 0 多台，在铁路线上经过多年的运行，很多柴油 机早已经达到了累计运行8 0 万公里的大修标准。从2 0 0 0 年开始我公司就开始承担起 1 6 v 2 4 0 刁d 型柴油机的大修任务，对大修过程中出现的疑难、惯性问题均进行了攻关和 改进，切实地保证了大修柴油机的组装和试验质量，为确保铁路运输的安全可靠打下了 坚实的基础。 本论文针对大修柴油机中的多发的疑难问题，即1 6 v 2 4 0 z j d 型大修柴油机游车问 题，通过查找资料、现场实际经验总结，迸行了深入细致地探讨和研究。一方面针对天 津厂生产的c 3 x 型联合调节器，从调节器的调节转速和功率的原理和自身结构出发，结 合实际经验进行研究和总结。另一方面针对柴油机自身的机械系统，即控制机构、调控 传动装置、喷油泵的结构和运行原理出发，对造成游车的关键零部件进行现场的分析和 实际效果比较，研究出最可靠、最简便、最节约成本的方法，运用到大修柴油机的实际 工作中。通过实际运用结果表明，柴油机游车的概率由最初的2 0 左右逐年下降到现在 的5 左右，达到了良好的预期效果。 本论文的研究结果为今后各种类型柴油机的大修工作提供了有益的参考，对生产实 践具有很好的实用价值。 关键词：大修柴油机；游车；联合调节器；机械系统； 1 6 v 2 4 0 7 j d 型大修柴油机游车问题的研究 t h er e s e a r c ho ft h e16 v 2 4 0 z j do v e r h a u ld i e s e l s p o w e r - f l u c t u a n tp r o b l e m a b s t r a c t d o n g f e n g ni s 锄i n t e r n a lc o m b u s t i o nl o c o m o t i v ew h i c ht r a n s m i t t e db ya c d ce l e t r i e p o w e ra n du s e db yp 勰s 锄g e ra n dc a r g ot r a n s p o r t w h i l ed i e s e li st h eh e a r to ft h e l o c o m o t i v e t h er e l i a b i l i t yo f t h ed i e s e le n g i n ea f f e c t sd i r e c t l yt h es a f e t yo f t h el o c o m o t i v e d i e s e le n g i n ei s 趾vs t y l e 、f o u rs t r o k e s 、d i r e c t l yi n j e c ta n dw i t hae x h a u s tg a st u r b 1 6 v 2 4 0 z i di n ec h a r g e r , a l s oi sam i d - v e l o c i t yd i e s e le n g i n ew i t hm i da i r - c o o l c r t h eb o d yi s u s e dc a s ta n dw e l dp a r t 、c o o r d i n a t ec o n n e c t e dr o d 、a s s e m b l e dp i s t o n 、s p h e r a l - e a r b o n e a s t i r o n s h a r 、锄u n i t e dc 3 xa d j u s t o rc o u l dr e g u l a t et h et u r n i n gv e l o c i t ya n dp o w e r r e c e n t l y ，t h ei n t e m a lc o m b u s t i o nl o c o m o t i v e so f t h ed l o c oa no v e rt h ec o u n t r y , f r o m t h ey e a r1 9 9 7 , t h en u m b e ro ft h en e w l y - b u i l t1 6 v 2 4 0 z j dd i e s e le n p i n ei sa c c o u n tt o 1 4 0 0 , b e c a u s eo fm a n yy e a r sm o v e m e n to l lt h er a i l w a y , m a n yd i e s e le n i g n eh a v ec o m et o t h eo v e r h a ls t a n d a r d s i n c et h ey e a r2 0 0 0 ，o u rc o m p a n yh a st a k e no nt h er e s p o n s i b i l i t yo f t h e1 6 v 2 4 0 z j dd i e s e le n g i n e so v e r h a n l , w ei n a k eg r e a tp r o g r 鼯si nc o n q u e r i n gt h e d i f f i c u l t ya n dt h ei n e r t i aq u e s t i o no ft h eo v e r h u a l , m a k es u r eo ft h eq u a i l 哆o ft h e a s s e m b l i n ga n dt e s t i n g n et h e s i sa i m sa tt h ec o n t i n u a l d i f f i c u l t y o ft h eo v e r h a u ld i e s e l e n g i n e 。s o 舔 t 6 v 2 4 0 2 2 dd i e s e le n g i n e sp o w e rf l u e t u a n t ，v i ar e f e r i n gt ot h ed o c u m e n ta n ds u m m a r i z e o ft h ep r a c t i c a le x p e r i e n c e s ，c a r r y i n gt h r o u g ham e t i c u l o u sd i s c u s s i o na n dr e s e a r c h o no n e h a n da c c o r d i n gt ot h eu n i t e dc 3 xa d j u s t o ro f t i a n j i n s f a c t o r y , m a k e sr e s e a r c ha n ds u m m a r i z e f r o mr e s e a r c h i n gt h ep r i n c i p l eo ft h et u r n i n gv e l o c i t ya n dp o w c r ；o n et h eo t h e rh a n d a c c o r d i n gt ot h ed i e s e le n g i n e so w nm e c h a n i cs y s t e m ，f o re x a m p l ec o n t r o lu n i t 、 r e g u l a t i o n - t r a n s m i t i o ne q u i p m e n t 、t h ep r i n c i p l eo fi n j e c t o r sf i a m w o r ka n dm o v e m e n t a n a l y z ea n dc o m p 盯ew i t l lt h ep r a c t i c a le f f e c to ft h ek e yp a r t si nt h ep o w e rf l u e t u a n to n s p o t ，e x c o g i t a t ea nm o r ec r e d i b l e , s i m p l e , e c o n o m i c a lm e t h o da n db r i n gi tt ot h ep r a c t i c a l a c t i o no ft h eo v e r h a u ld i e s e le n g i n e t h r o u g ht h ep r a c t i c a lr e s u l t t h ed i e s e le n g i n e s p r o b a b i l i t yd r o pf r o m2 0 i nt h ef i r s tt o5 l l o w ，a n dw eh a v eag o o de x p e c t e de f f e c t t h er e s e a r c hr e s e t s u p p l yah e l p f u lr e f e r e n c ef o ra l l k i n d so fd i e s e l e n g i n e s o v e r h a u l ，a n da l s oe r e a tap r a c t i c a lv a l u ei nw o r k i n g k e yw o r d ：o v e r h a u ld i e s e le n g i n e ；p o w e rf l u c t u a n t ：u n i t e dc 3 ia d | u s t o r ； m e c h a n i cs y s t e m ； 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：逢丝日期：丝2 ：2 l 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名： 导师签名：幽 2 皿1 年生月丛日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题提出的时代和工程背景 铁路运输自1 9 世纪初投入运营以来，以其运量大、速度快、安全、节能等优势成 为人类最重要的交通运输方式，对世界各国的经济发展起着十分重要的作用。8 0 年代以 后，铁路运输以其节省能源，对环境污染最少等优点，再次成为各国政府大量投资发展 的对象，尤其是对高速铁路的发展。目前中国铁路已经逐步向高速重载方向发展，在开 始的铁路第六次大提速中，铁道部将提速后的旅客列车运行平均速度定为1 6 0 k m h ，货 车运行平均速度定为1 2 0 k m h “1 。柴油机也出现了1 2 v 2 8 0 、1 6 v 2 8 0 等大功率柴油机， 甚至出现了各种同国外技术合作生产的先进类型的大功率柴油机。柴油机的调速系统也 发生了很大的变化，出现了电子喷射系统、机械电子调速器等这些先进的调速装置。电 子喷射系统、机械电子调速器虽然一定程度上解决了柴油机游车的问题，但是柴油机游 车问题依然存在，无法彻底根除，只是柴油机在出现游车问题时解决的方法更容易。电 子喷射系统的控制系统需要通过计算机进行控制，操作和维护的难度很大。特别是在铁 路线上运行时，一旦出现一个小问题也会造成整个柴油机无法运行，对铁路运输的顺畅 造成很大困难。d f 4 型内燃机车所用柴油机为1 6 v 2 4 0 z j d 型，柴油机上所采用的c 3 x 型联合调节器是机械一液压式联合调节器，在机车运行过程中出现一些小问题，可以通 过各种机械方法进行紧急处理，保证机车正常运行。 我国是一个幅员辽阔的大国，地理环境千差万别，气候特征各不相同，而内燃机车 能够适应各种环境，目前在中国还占有着一定的市场份额。随着各种类型内燃机车的数 量不断增加，各机务段通过小修、中修来保证机车柴油机的运行可靠性，但对于技术难 度大的柴油机大修问题因种种原因无法进行。大修柴油机能够在原生产厂家进行修理最 科学合理，一方面原生产厂家有现成的技术资料和大批有经验的技术人员，二是对大修 过程中发现的疑难问题对大修柴油机进行解决的同时也能够应用到新型柴油机上，为未 来的技术开发积累宝贵的经验。目前由于自身结构限制，1 6 v 2 4 0 7 _ j d 型柴油机大修的突 出问题是柴油机游车问题，己达到大修问题总和的2 0 左右，由于此问题出现的原因复 杂，涉及的零部件多等诸多原因造成了游车问题始终没有得到彻底的解决。因此，分析 和解决柴油机游车问题切实保证了内燃机车运行的可靠性，提高了大修柴油机的质量。 i 1 1 我国主型机车柴油机的发展过程 我国的内燃机车制造，起源于5 0 年代末。大连机车车辆工厂、四方机车车辆工厂、 北京二七机车厂都曾试制出不同类型的内燃机车，开创了我国内燃牵引的新篇章。后来， 在铁道部“三化”技术政策引导下，结合我国国情，开始研制生产符合我国铁路运输需 1 6 v 2 4 0 z j d 型大修柴油机游车问题的研究 要的新型机车，于是东方红 、北京、东风。东风。、东风。等各型客货内燃机车一批 批投入运用，从此改变了我国列车牵引动力主要靠蒸汽机车的局面，铁路运输能力也得 到了很大的提高。 我国内燃机车经过早期试制阶段、第一代和第二代，现已发展到第三代了。国产第 一代内燃机车从1 9 6 4 年开始生产，以分别装用仿制的1 0 l 2 0 7 e 型和1 2 v 1 7 5 型柴油机 的直流电力传动东风型机车和液力传动的东方红 型机车为代表。 第二代内燃机车从1 9 6 9 年开始生产，以分别装用各厂独立研制的1 6 v 2 4 0 z j 型、 1 6 v 2 8 0 z j 型、1 2 v 1 8 0 z j 型及1 2 v 2 4 0 z j 型柴油机的交直流电传动东风4 型、东风8 型和 液力传动的东方红 型、北京型为代表。 1 9 6 6 年大连机车车辆厂研制成第一台1 6 v 2 4 0 z j 型柴油机。1 9 6 9 年大连机车车辆厂 研制成第一台装用了1 6 v 2 4 0 刁型柴油机柴油机的东风4 型机车。标定功率为2 4 3 0 k w ， 这是我国第一台交直流电力传动内燃机车。1 9 7 4 年7 月，东风。型内燃机车投入了批量 生产。 1 9 7 8 年，大连机车车辆厂在1 6 v 2 4 0 z j 型柴油机的基础上硪制成第一台1 6 v 2 4 0 z j b 型柴油机，标定功率为2 6 5 0k w 。1 9 8 2 年末，正式装用b 型柴油机的第一台东风4 b 型 机车研制成功。1 9 8 4 年l o 月，东风4 b 型机车正式投入批量生产。 1 9 8 4 年9 月，大连机车车辆厂研制成标定功率为2 9 4 0 k w 的1 6 v 2 4 0 z j c 型柴油机， 1 9 8 5 年制成了装用这种柴油机的东风4 c 型机车，标定功率从2 6 5 0 k w 提高到2 9 4 0 k w 。 1 9 9 7 年，大连机车车辆厂与英国里卡多公司合作开发成功1 6 v 2 4 0 可d 型柴油机， 标定功率为3 2 4 0 k w ，该机落成后经受了1 6 0 0 h 的性能试验，u i c l 0 0 h 可靠性试验， o r e 3 6 0 h 耐久性试验，及6 0 0 0 次热冲击等条件苛刻的试验。运用表明，机车牵引性能 和经济性都有了提高。 目前，东风4 系列内燃机车是我国铁路干线客、货运数量最多的内燃机车，占国产 内燃机车总数的一半以上。 我国机车柴油机行业的发展经历了仿制、独立设计制造和技术合作开发的历程，干 线机车柴油机标定功率自1 4 7 0 k w 发展至3 8 6 0 k w ，且标定功率达4 4 1 0 k w 的更高功率 的机车柴油机仍在试验研究中。1 6 v 2 4 0 z j b 型柴油机的批量生产，标志着我国机车柴油 机研究、制造技术取得初步成功，并奠定了今后发展的基础。与此同时。为进一步提高 机车单机牵引功率，适应运输发展的要求，同时又尽可能避免因工业基础相对薄弱，而 导致柴油机强化程度较高时其可靠性和使用寿命下降的不利因素，在满足机车既有空间 和轴重限制条件下，研制开发了2 8 0 缸径的机车柴油机，即通过放大缸径解决柴油机功 大连理工大学专业学位硕士学位论文 率问题。伴随机车柴油机研究开发的深入，以2 4 0 和2 8 0 两大系列为主的机车柴油机， 已占据了国内内燃机车的主要地位，成为我国机车柒油机行业的主导产品。 表1 1 机车柴油机的主要技术参数 t a b i 11 1 1 em a i nt e c h n i c a lp a r a m e t e r so f l o c o m o t i v ed i e s e l 耋望鳖! ：!竺竺：竺! ! !竺 燮竺! ! ：! ：! ! ! ：! ! 竺! 竺 兰i ! i ! ：! 鲨兰竺：!兰! ! !兰! 竺兰! ! !兰! ! !兰! 竺 1 1 2 联合调节器的分类 目前广泛采用的联合调节器基本上是机械式或机械一液压式、电气( 子) 液压式。 如按其转速敏感元件对柴油机喷油泵齿条驱动力的传递过程可分为： l 、直接作用式 直接作用式目前使用的多是机械式调节器，它对喷油泵齿条的控制，是由其转速敏 感元件一飞锤随柴油机同步旋转过程中产生的离心力直接作用的。飞锤因离心力所作的 功就等于驱动喷油泵齿条所消耗的功率。由于其工作能力小，控制精度低，只用于小型 柴油机。 2 、间接作用式 间接作用式调节器现在多为机械一液压式或电气( 子) 液压式，其转速敏感元件 仅产生转速变化信号并且不直接作用于喷油泵齿条，而是通过液压放大部分放大后，再 去推动齿条。由于经过液压放大，虽然转速敏感元件反映柴油机转速变化过程中所作的 1 6 v 2 4 0 z j d 型大修柴油机游车问题的研究 功很小，但用来驱动喷油泵齿条的功却可以很大，而且控制精度很高，多用来控制大功 率和比较重要的柴油机。 如按其所控制的柴油机转速值可分为单制式、二制式和全制式等： l 、单制式 此种调节器只控制柴油机一个转速如最高转速。当柴油机运转转速达到或超过某一 设定转速时，它就动作使柴油机降速或停机。国产机车柴油机的超速保护装置一极限调 节器都是单制式的。一旦柴油机转速达到或超过允许值，它就动作使柴油机停机。 2 、双制式 此种调节器只控制柴油机的晟高工作转速和最低稳定转速。当柴油机转速达到或超 过许用转速时，它将喷油泵齿条推向减油位，以防止柴油机超速；当柴油机转速低于其 最低稳定转速时，它将喷油泵齿条推向加油位，以防止柴油机灭火。当柴油机在最商工 作转速和最低稳定转速间运转时，它对喷油泵齿条无控制作用。这时喷油泵齿条是人力 操纵的。它多用于拖拉机柴油机。 3 、全制式 在柴油机工作转速由最低稳定转速到标定转速的全范围内，此种调节器对喷油泵齿 条都随时加以调节和控制，以保证柴油机在给定的转速上运转。目前电传动机车柴油机 所用的都是这种全制式调节器。d f 4 d 等型交一直流电传动内燃机车所用的机一电联合调 节器，就其对转速控制来说，它也是全制式的“3 。 1 6 v 2 4 0 z j d 型柴油机采用机械一液压、全制、恒速、恒功率带启动限油装置的c 3 x 型联合调节器，它的最大允许转速范围：3 0 0 1 2 0 0 r m i n ；推荐工作转速范围：4 0 肛1 0 5 0 r m i r a 工作能力燃油控制2 0 n m ；励磁控制4n m ；转速输入轴旋转方向：顶视时 是固定顺时针；转速输入轴传动功率： 1 ； i 4 3 0 l 此结果同表2 1 相比较可知，此柴油机游车，需解决此问题。 2 3 柴油机游车的形式 柴油机在运转的过程中，出现游车现象的表现形式是多种多样的，主要有三种。第 种是惰转游车，是指柴油机在4 3 0r m i n 转速、空载运行时的游车现象；第二种是负 载游车，是指柴油机在有负载的情况下，转速在4 3 0 - 1 0 0 0 r m i n 之间的某个转速下产生 游车；第三种是空载游车，是指柴油机在空载的情况下，转速在4 3 0 1 0 0 0 r m i n 之间的 某个转速下产生游车。 一般而言，柴油机如果在低速范围内出现游车现象，则在高速范围内多数都有出现 游车的可能性，但其转速变化的频率及波动的振幅有所不同。不过有时随着转速的升高， 调节器的调节品质变好及柴油机状况的变化，游车现象会自动消失。还有的情况是柴油 机在低速范围内稳定运转，而升至高速范围内运转则会出现游车现象。 游车现象的表现形式不同，其产生的原因也不尽相同，因此只有准确判断游车故障 的原因，才能采取相应的措施加以处理。 2 4 柴油机游车的危害 柴油机出现了游车现象，会使柴油机各运动部件发生严重偏磨，影响柴油机的使用 寿命，增加了经济成本。总体来说会产生两大危害： 1 、热负荷：所谓柴油机的热负荷包含有两方面的含义，一是指柴油机的零件由于 温度过高而失去工作能力，包括：零件由于高温本身受到损害，如零件烧伤烧熔；零件 受热膨胀变形使使配合间隙破坏；材料强度因高温急剧下降；硬度下降，使零件加速磨 损；由于高温引起滑油变质等。二是指柴油机零件如气缸盖的底面、活塞顶部等，由于 温度差过大，而引起热应力的增长。 柴油机游车时，柴油机的进气量不发生改变，但喷油泵齿条来回移动，供油量忽大 忽小，造成喷油器雾化质量不好，气缸内空气与燃油的混合质量不好，燃烧状况下降， 出现排气温度高等一系列不良后果，长时间会形成恶性循环，使喷油器产生大量积炭， 气缸盖内的排气阀长时间受热变形，影响气阀的正常开启和关闭，气缸盖体、活塞连杆 组和缸套长时间积聚的热量，使自身材料强度、硬度下降，使这些零件加速磨损，甚至 1 6 v 2 4 0 z j d 型大修柴油机游车问题的研究 产生变形或裂纹，影响使用寿命。柴油机的排气温度高使增压器的工作状况恶劣，影响 了增压器的工作效率：增压器的各零部件受热变形后，油封漏油，滑动轴承润滑状况更 加恶劣，迅速加剧了滑动轴承同转轴固死的速度，使增压器无法正常地运转。柴油机游 车一定程度上影响了柴油机的使用期限，增加了经济成本。 2 、机械负荷：柴油机的机械负荷是决定柴油机结构强度的一个主要因素。机械负 荷包括：由于最高爆发压力引起的应力；由于往复惯性力引起的应力以及由于振动和预 紧力等引起的附加应力( 如曲轴扭振、连杆螺钉预紧力等引起的附加应力) 。但一般均 用柴油机在最高爆发压力和往复惯性力作用下，柴油机各零件中引起的应力来代表机械 负荷的大小。 柴油机游车时会造成柴油机的转速忽高忽低，即曲轴的转速忽高忽低，虽然曲轴的 绝对速度不高，但加速度很大，使柴油机的振动变大，各零部件的磨耗偏大，甚至造成 缸套、活塞等运动件偏磨严重，降低了使用年限。其次曲轴加速度大使主轴瓦油膜的建 立时好时坏，高转速时油膜建立的好，低转速时油膜建立的就差，油膜的时好时坏，特 别容易使曲轴在瞬间同轴瓦粘连，影响了主轴瓦的使用寿命，严重会造成曲轴拉伤甚至 造成机车的机破事故r 删。 2 5 本章小结 本章从最基本概念出发，对试验或正常运行的柴油机出现何种情况才叫游车，通过 何种方法进行计算才能断定柴油机游车，以及游车会出现哪些形式，对柴油机会造成多 大危害均进行了详细的说明，使我们能够在柴油机的运行过程中，能够及时区分柴油机 游车了还是产生了其它的机械或电气故障。柴油机在运行过程中，通过公式计算也可以 从具体的数字方面帮助判断柴油机是否游车，通过量化处理来落实柴油机游车的程度如 何，也为处理柴油机是否在规定的允许范围内游车提供了数字依据。柴油机长时间的游 车会造成热负荷与机械负荷，使各零部件的磨损严重，缩短了柴油机的使用寿命，增加 了经济成本。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 3 联合调节器 1 6 v 2 4 0 z j d 型柴油机采用c 3 x 型联合调节器，其结构原理见图3 1 。 联合调节器安装于柴油机自由端的调控传动箱上，由箱内的一对伞齿轮传动。联合 调节器输出轴通过摇臂转轴等与控制机构的弹性连接杆相连，再通过拉杆系统操纵喷油 泵齿条移动，实现增加或减少供油量。 3 1 联合调节器的主要功能 1 、保证柴油机的启机和停机。 2 、随控制器位置的改变，调节供油量以改变柴油机转速。 3 、当柒油机负载发生变化时，能自动调节喷油泵的供油量，以维持柴油机在某恒 定转速下运转。 4 、通过功率调节机构，自动调节柴油机的输出功率，使之符合柴油机牵引特性要 求。 3 2 联合调节器的工作原理 3 2 1 配速系统( 转速给定装置) c 3 x 型联合调节器是无级调速器。柴油机转速的改变，是由步进电机通过装在其转 子轴上的主动锥齿轮驱动从动锥齿轮转动，控制配速螺杆作上下移动，达到压缩或放松 调速弹簧，使柴油机转速在4 3 0 1 0 0 0 r m i n 范围内变化，以适应运转工况的需要，见图 3 1 。 当柴油机要升速时，步迸电机转动通过主、从动锥齿轮与螺旋副的作用，使调速弹 簧压缩，增加柴油机转速；当柴油机转速要下降时，步进电机通过主、从动锥齿轮与螺 旋副的作用，减小对调速弹簧的压缩量，以降低柴油机转速。通过对步进电机的控制， 使柴油机转速上升或下降，在规定范围内得到要求的某一转速。 l o w 2 4 0 z j d 型大修柴油机游车问题的研究 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 咒 弱 98 7 6 m 3 5 3 6 5 7强3 94 04 14 2 船墙：姬：一倔醋： 图3 1c 3 x 型联合调节器结构原理图 f i g u r e3 1d i a g r a mo f t h ec s x - j o i n tr e g u l a t o rs t r u c t u r e 卜油泵齿轮；2 一蓄压室装配：3 一匀速盘装配；4 - 调速弹簧；5 一手调转速旋钮；6 _ 步迸电机 及主动锥齿轮；7 一最高转速止挡螺钉；8 - 限油调整杆；9 一限油调整螺母1 4 4 ：1 0 - 锁紧螺母； 1 1 - 限油杠杆；1 2 一功率调整轮；1 3 - 功率调整悬挂点；1 4 _ 连接板；1 5 一偏心调整轮；1 6 一 联合杠杆；1 7 - 最高转速调整螵钉；1 8 一从动锥齿轮：1 9 一最低转速调整螺钉；2 0 一增载速度 调节针阀；2 卜最低转速止挡螺钉；2 2 一功率滑阀；2 3 一柱塞；2 4 一减载速度调节针阀；2 5 一 微动套：2 6 - 功率调整螺栓；2 7 - 锁紧螺母姻；2 8 一作用顶杆；2 9 - 功率伺服器电阻装配； 3 0 - 功率伺服器装配：3 l 停车阀装配；3 2 嘴气简装配；3 3 一动力活塞和补偿活塞装配；3 4 - 动力缸装配：3 5 - 动力输出杆；3 6 - - 偿针阀；3 7 - 中间体装配；3 8 - 缓冲弹簧；3 9 一滑阀； 4 0 一传动轴；4 1 - 旋转套装配：4 2 - 油池。 - 1 0 大连理工大学专业学位硕士学位论文 3 2 2 补偿系统 为了提高联合调节器的工作稳定性，采用了缓冲型补偿系统，它的结构原理如图 3 2 。 补偿系统有两个主要部件：补偿部件和缓冲腔部件。补偿部件由调速滑阀、补偿针 阀、和置于滑阀活塞两侧的圆柱缓冲弹簧和套座组成。缓冲腔部件由座、贮气筒、压盖、 螺堵、0 形密封圈等组成。沟通伺服器补偿活塞上方油腔与缓冲腔( 即贮气筒内腔) 的 容积，由贮气筒内工作油液面的高度决定。密闭在贮气筒内的空气形成气垫( 空气弹簧) ， 其补偿作用简述如下。 当柴油机在某一稳定转速下工作时。联合调节器内的诸元件处于正常平衡位，此时 孙偿系统的对置缓冲弹簧使滑阀保持在中间位，缓冲腔气室中的油面无波动。 当柴油机转速降低时，飞铁收拢使柱塞下移，开启了滑阀的油孔b ，工作油经油路 b 充入伺服马达的动力活塞下方( 动力缸) ，使动力活塞1 3 迅速上移，从而增加柴油机供 油量。同时补偿活塞也随之上移，迫使其上方( 补偿缸) 的一部分工作油经油路d 流入 滑阀随动活塞上方，打破上、下缓冲弹簧的平衡，使滑阀下移以追随先行下移的柱塞， 并将覆盖滑阀的油孔b ，截止向动力缸充油，从而实现了反馈补偿的作用。这一部分工 作油，流经补偿针阀泄回油池。同时补偿活塞上方的另一部分工作油，则充入贮气筒， 使缓冲腔中的气垫压力增加。当补偿活塞停止向上运动，缓冲腔中的气垫将释放它所吸 收的能量，以使调速滑阀继续保持一段时间的补偿作用。 如果柴油机负荷减少，使其转速升高时，则飞铁张开拉动柱塞上移，开启了滑阀油 孔b ，动力活塞下方( 动力缸) 的工作油可经油路b 、c 排回油池。动力活塞在弹簧的作 用下下移，减少柴油机的供油量。同时补偿活塞也下移，并产生抽油作用。但由于补偿 针阀的限制，油池中的工作油来不及补充，因此在补偿活塞上方和滑阀的随动活塞上方 都出现了一定的真空度。因滑阀随动活塞上、下缓冲弹簧的平衡被破坏，则滑阀上移以 追随先行上移的柱塞，并将覆盖滑阀油孔槽中的b 以起到补偿作用。另外，贮气筒上方 的气垫压力减小，可缓和滑阀的补偿作用，即当补偿活塞开始和停止移动时，贮气筒缓 冲腔可使滑阀的追随动作减慢，并延长了滑阀的补偿作用时间。 由于滑阀活塞处采取上下布置缓冲弹簧，使滑阀处于浮动状态，当补偿油路中的压 力稍有变化，就能使滑阀及时地动作，从而提高了滑阀的速动性，亦可提高滑阀补偿的 灵敏度。 缓冲腔结构的设置起到吸收补偿油压部分能量的作用，从而适当地调整了作用于滑 阀活塞的油压，使其变动不大，保持调整好了的补偿作用。 当补偿活塞停止运动时，补偿腔释放吸收的能量，延长了滑阀补偿的时间。 1 0 w 2 4 0 z j d 型大修柴油机游车问题的研究 由于缓冲型补偿系统的上述特点，使联合调节器与柴油发电机组的匹配性能大为改 善，提高了联合调节器在过渡过程中的稳定性。 图3 2 缓冲型补偿系统结构原理示意图 f i g u r e3 2a r c h i t e c t u r ep r i n c i p l e sm a po f t h eb u f f e r - c o m p e n s a t i o ns y s t e m 卜补偿针阀；2 一补偿活塞；3 一补偿缸；4 一座；5 一螺堵；6 - o 形密封圈；7 一压盖；8 一接头： 9 一贮气筒；1 0 一螺帽；1 1 一接头体；1 2 一隔板；1 3 一动力活塞；1 4 一弹簧；1 5 - 动力缸；1 6 一飞 铁；1 7 - 柱塞；1 8 - 套座；1 9 - 调速滑阀；2 0 缓冲弹簧；2 1 - 套座；2 2 - 垫圈；2 3 - 锥形螺钉； 2 4 - 主动齿轮。 3 2 3 功率调节系统 功率调节系统由功率滑阀，功率伺服器电阻、功率伺服器等组成( 图3 1 ) 。 功率滑阀置于微动套内，联合杠杆两端分别与动力活塞杆和功率调整轮连接，功率 滑阀有上、下两个阀盘，分别控制压力油进、出伺服器，当一组油孔进油时，另一组油 孔排油。在稳定工况下，功率滑阀的两个阀盘恰好遮盖微动套上的相对应油孔，此时伺 服器处于平衡状态。在微动套的上、下部各设有一组和油池相通的泄油孔，阀套中部有 与蓄压室相通的进油孔。 当柴油机工作转速不变，由于辅助功率的减小，使柴油机负荷减小，在动力活塞杆 下移减小喷油泵供油量的同时，带动联合杠杆绕功率调整轮连接点转动，驱使滑阀下移， 大连理工大学专业学位硕士学位论文 于是功率滑阀上的两个阀盘将与功率伺服器相通的上下油孔打开，由蓄压室来的压力油 进入微动套内，再经下油孔进入伺服器下油道，迫使伺服器的旋转叶片带动功率伺服器 电阻电刷顺时针转动，伺服器上油道的压力油通过微动套上的油孔和泄油孔回到油池。 此时由于功率伺服器电阻电刷的回转减小测速发电机的励磁电阻，使牵引发电机的输出 功率增大，从而使柴油机的输出负荷增加。负荷增加后转速开始下降，调速系统将动作， 使动力活塞杆上移，使喷油泵供油量相应增大。动力活塞杆上移又将通过联合杠杆带动 功率滑阀上行，逐渐关闭进、排油孔，使功率滑阀返回到平衡位置。动力活塞杆返回到 调节前的位置( 辅助功率减小前的位置) ，因而供油量不变，柴油机的转速及功率均不变， 而仅使牵引发电机的励磁增大，使其输出功率增大，使柴油机输出功率保持恒定。 当柴油机工作转速不变，负荷增大时，如辅助功率增加调节过程与上述相反。 在功率伺服器上、下油道上设置了增载、减载速度针阀，用以控制功率伺服器油腔 内进、排压力油的流动速度，即控制回转叶片的转动速度，也就是控制柴油机增、减载 的速度。 3 3c a x 型联合调节器的结构 图3 3 a 、b 为c 3 x 型联合调节器的结构，主要由供油系统、调速系统、启动限油装 置及自动停车装置等部分组成。 1 6 v 2 4 0 z j d 型大修柴油机游车问题的研究 图3 3 a1 6 v 2 4 0 z j d 型柴油机用c 型联合调节器 f i g u r e3 3 ac a x - j o i n tr e g u l a t o rs t r u c t u r ei n1 6 v 2 4 0 z j d d i e s e l - 1 4 - 大连理工大学专业学位硕士学位论文 圈3 3 b1 6 v 2 4 0 z d 型柴油机用c 3 x 型联合调节器 f i g u r e3 3 bc 3 x - j o i n tr e g u l a t o rs l r t m t u r ei n1 6 v 2 4 0 z t d - d i e s e l 1 盖；2 - 滤油器组装；3 一联合杠杆装配；4 一启动限油杠杆组装；5 一限油调整杆；6 - 螺母； 7 一调整螺母；9 一配速机构组装；l o 一堵；1 l 一垫片；1 2 一衬垫；1 3 - 调速弹簧；1 4 一上体组装；1 5 一 滑阀装配；1 6 - 中间体装配i1 卜密封圈：1 8 一从动齿轮il 争下体组装：2 0 一导线组装；2 1 - 自动 停车机构组装；2 2 - 功率伺服器安装；2 3 一伺服马达装配；2 4 - 接线板组装；2 5 - 螺栓；2 6 ，2 7 ，2 9 - 垫圈；2 8 一塞子：3 0 - 检查销；3 1 - 村垫。 一1 5 诲 1 6 v 2 4 0 z j d 型大修柴油机游车问题的研究 3 3 1 供油系统 联合调节器的供油系统由设置在中间体底部的齿轮油泵、油池以及蓄压室等组成。 蓄压室内设有蓄压室活塞，其下方设有内外弹簧。齿轮油泵的出油腔连通蓄压室的上部， 通过齿轮泵与蓄压室活塞作用，可使工作油维持其规定值o 6 7 o 7 2 m p a 。 3 3 2 调速系统 调速系统由转速敏感元件( 调速弹簧、匀速盔曲、配速机构( 步进电机、传动机构) 等组 成。 1 、调速弹簧、匀速盘。调速弹簧是重要的调控元件之一，它决定柴油机的平衡转 速。飞铁的离心力是与转速平方成正比的，因此采用了弹簧力随压缩高度具有二次抛物 线变化特性( 图3 4 ) 的变刚度调速弹簧，以便在等距离压缩弹簧时能得到转速等差变 值。 f l 图3 4 调速弹簧的弹力特性 f i g u r e3 4 e l a s t i cp r o p e r t i e so f t h es p e e ds p r i n g 调节器的调速弹簧上部为圆柱螺旋弹簧，下部呈弧形宝塔状，各圈距离不同，簧圈 外径越大，其刚度越小，因此在压缩初期，弹簧的下面几圈首先被压缩变形而并拢，这 相当于簧圈的减少使刚度变化，故这种调速弹簧的弹力特性为一条接近二次抛物线变化 的曲线，见图3 5 。调速弹簧各圈圈距见表3 1 。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 表3 1 弹簧各圈圈距 t a b l e3 1d i s t a n c eb e t w e e ne a c hs p r i n gc i r c l e 图3 5 调速弹簧 f i g u r e3 5s p e e ds p r h g 匀速盘置于套座上部，由驱动盘、从动盘、飞铁、滚动轴承、阻尼块、扭簧，压盖 及调整垫片等组成( 图3 6 ) 。 驱动盘镶装在套座的顶部，用压盖紧固。 1 6 v 2 4 0 z j d 型大修柴油机游车问题的研究 图3 6 匀速盘 f i g u r e3 6u n i f o r mp l a t e 卜滚动轴承；2 一驱动盘；3 一从动盘；4 一滚动轴承；5 一挡杆；6 一调整垫片；7 - 扭簧；8 - 飞铁； 9 一阻尼块：1 0 - 压盖。 驱动盘的芯部套有一个滚动轴承，轴承外圈嵌装于从动盘的孔座内。从动盘顶面设 有飞铁安装架和调整垫片。扭簧的一端插在调整垫片的小孔内，另一端插入压盖的径向 孔内。这样，使动力由套座及驱动盘经过扭簧传至从动盘。由于扭簧的刚度很小，而从 动盘、飞铁有一定的惯性，因此，由曲轴轴系传来的转速不均匀等干扰因素被扭簧所缓 冲。为了防止在加速时对扭簧的冲击以及变形过大而失控，因而在从动盘和驱动盘之间 设有阻尼块。阻尼块用埋头螺钉紧固在驱动盘内，以此限制从动盘相对于驱动盘的左、 右摆幅。在正常转动时，左右摆幅应基本一致，如果相差过多，则易缩短扭簧的寿命或 引起伺服杆及齿轮的抖动。在驱动盘、从动盘和阻尼块之间充满工作油，同样可以对外 界干扰因素产生粘滞阻尼作用。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 在左、右侧飞铁曲臂的摆动支点处装有滚动轴 承，以提高其摆动灵敏度。左右侧飞铁的重量差值应， 小于0 2 5 9 ，必要时，可通过修正飞铁棱边来保证。 ， 在调节过程中，飞铁的摆动应一致，它们的“脚趾” t e 支承面应对称。飞铁的最大张开角度受到挡杆的限” 制，收拢时的最小位置由调整垫片限位。 2 、转速调整机构，见图3 7 。铸铁套座下端与油” 泵主动齿轮紧固而被驱动。套座的外表面上有五道环，s 槽，上部的内孔表面上开有三道环槽，在各道环槽 上均开有沟通内外的两个油孔，自上而下各环槽内的： 油孔分别为a 、b ，c 、d 及e 孔，其中：a 排孔一： 从齿轮泵、蓄压室来油；b 排孔一通动力活塞下腔； c 排孔一泄油孔，通油池；d 排孔一通至补偿活塞上 腔；e 排孔一泄油孔。 套座的顶面切出棱面并与匀速盘驱动盘相嵌装。 在驱动盘底面与套座顶面之间设有椭圆形的压板，用 两个埋头螺钉固定在中体上，以防止套座沿轴向脱出。 由于油泵齿轮工作的需要，在压板固定后，套座 1 6 v 2 4 0 z j d 型大修柴油机游车问题的研究 柱塞上部装有弹簧托盘、止推轴承和隔套。隔套和弹簧托盘之间设有调整垫片，用 以调整柱塞在滑阀中的相对位置。 柱塞上、下移动的总行程为6 2 + 。0 2l l l l i l 。柱塞与滑阀的配合间隙为0 0 3 o 0 4 m m 。 为保证密封及正常调速，各阀盘、各内圆的圆度在大修时应不大于o 0 3 m m ，其配合间 隙不大于0 0 8 r a m 。 3 、执行机构。执行机构由伺服马达和贮气筒组成( 图3 8 ) 。 伺服马达由伺服马达体、功调螺栓、作用顶杆、罩体、内外弹簧、弹簧座、动力活 塞、隔板、伺服马达杆及补偿活塞等组成。伺服马达体通过4 个栽丝安装在联合调节器 中体的侧面。在体内一侧自上而下设有b 、c 、d 三个油路，它们分别与滑阀一柱塞组 件中套座上的b 、c 、d 三个油孔相沟通。在伺服马达体的另两侧分别设有与自动停车 装置以及贮气简相沟通的油路。 伺服马达体的上部设有罩体，体内安置作用顶杆，作用顶杆上端通过功调螺栓与功 调系统的联合杠杆相连接，下端与伺服马达杆相接触。罩体内设有内、外两圈弹簧。内 弹簧置于罩体与作用顶杆之间，其预紧力使作用顶杆与伺服马达顶面相接触。外弹簧通 过弹簧座压在动力活塞的顶面上。 伺服马达体内部设有上、下直径不等的两段空腔，上空腔装动力活塞，下空腔装补 偿活塞。隔板位于动力活塞之下，并将伺服马达的内腔分隔为两部分。 伺服马达组件中的贮气筒组件，安装在伺服马达体的侧面，由有机玻璃制成的筒体、 压盖、橡胶密封圈、座、螺堵、接头及接头体等组成。贮气筒内蓄有工作油，在初调时， 使筒内油位距离顶面的距离为3 0 - & _ 1 5 r a m 。当补偿活塞上部油腔出现局部真空时，可从 贮气筒中向该腔补偿一部分工作油。反之，当补偿活塞上部油腔油压增大时，部分压力 油可排入贮气筒，此时贮气筒油位上方的空气垫压力增大，使补偿系统的作用得到改善。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图3 8 伺服马达和贮气筒 f i g u r e3 8s e r v om o t o r sa n ds t o r a g em b e s 卜功调螺栓；2 锁紧螺母：3 - 作用顶杆；4 - 导套；5 - 罩体；6 - 伺服马达内弹簧；7 一伺服马 达外弹簧；8 - 垫圈；9 一弹簧座；1 0 - 伺服马达体；1 1 一动力活塞；1 2 - 隔板；1