Усовершенствованная система защиты дизеля от падения давления масла

На тепловозах с дизелями типа Д49 применялась традицион­ная для отечественных тепловозов система защиты от падения давления масла, принцип действия которой состоит в том, что в случае снижения давления масла ниже некоторого определен­ного значения — примерно 0,294 МПа при работе на 12-й пози­ции контроллера и выше происходит сброс нагрузки с генератора, а при падении давления масла ниже другого фиксированного зна­чения 0,065500 МПа при работе на всех позициях контроллера происходит аварийная остановка дизеля. В дальнейшем для ди­зелей типа Д49 эта система была дополнена предупредительным сигналом, срабатывающим в случае падения давления масла на всех позициях контроллера ниже 0,088200 МПа.

Графики протекания минимально возможного при исправной масляной системе давления масла на дизель (линия КЛ) и линии срабатывания сброса нагрузки ГД, сигнализации ЕЙ и защиты АВ представлены на рис. 90. Угол ЕЖГ образует опасную «мертвую» зону, поскольку в ней расположены наиболее часто используемые позиции контроллера и при работе на них даже с недопустимо низ­ким давлением масла до 0,088200 МПа не будут срабатывать ни сигнализация, ни защита.

Попытка исправить этот де­фект за счет применения мно­гоступенчатой схемы с установ­кой дополнительного реле да­вления привела к чрезмерному усложнению электрической схе­мы, не обеспечив эффективность защиты дизеля.

Была создана принципиаль­но новая система с автомати­чески перенастраивающимися по частоте вала дизеля уста­новками сигнализации и защи­ты. Оптимальные характеристики предупредитель­ного сигнала ЕС и за­щиты AT для такой си­стемы как бы огибают ранее принятые точки многоступенчатой схе­мы. Если раньше при снижении давления мас­ла ниже уставки про­исходил сброс нагрузки или остановка, то те­перь защита должна была снизить частоту вращения вала дизеля до значения, при кото­ром давление масла окажется равным допу­стимому для данного режима значению и лишь в случае сниже­ния частоты до мини­мальной и дальнейшего падения давления масла она должна была ос­тановить дизель. Если при старой схеме сек­ция тепловоза, на ко­торой произошел де­фект, полностью отключалась, что могло привести к остановке поезда, то при новой схеме эта секция сохраняет пониженную силу тяги, причем дизель работает на безопасном для него режиме по давлению масла. Новый принцип защиты предусматривает пере­ход на гидравлическую схему и изъятие устройств защиты из общей электрической схемы управления тепловозом.

Это позволяет, с одной стороны, упростить схему тепловоза, а с другой, сде­лать систему защиты полностью независимой от этой схемы. Такое разделение весьма полезно, поскольку повышает надеж­ность как системы управления тепловозом, так и защиты дизеля.

Была создана и со второго полугодия 1978 г. внедрена на ди­зель-генераторах 1А-9ДГ, а затем и на других аналогичных дви­гателях новая модификация регулятора типов 7РС, 4-7РС2, реализующая рассмотренную систему сигнализации и защиты по давлению масла. В этом регуляторе имеется также и система ограничения по давлению наддува. Внешний вид регулятора по­казан на рис. 91.

На нем хорошо видно размещение блока огра­ничения по давлению наддува 2 со штуцером 3 для подвода воз­духа и нового блока 1 сигнализации и защиты по давлению масла со штуцером 4 для подвода масла из маслосистемы дизеля.

Конструктивная схема регулятора с обеими системами при­ведена на рис. 92. По сравнению со схемой предыдущей модификации (см. рис. 87) в ней появился новый узел — блок защиты БЗ и изменилась конструкция траверсы на поршне 17 управления ча­стотой — введен профильный кулачок 3, с которым взаимодей­ствует ролик рычага 7 блока защиты и винт 5, регулирующий по­ложение этого кулачка. Изменилась линия подвода масла к меха­низму управления частотой: в нее между золотником 16 выключения и золотником 15 механизма управления частотой включен золот­ник 14 блока защиты. Остальные узлы обоих регуляторов иден­тичны и принцип их действия остался неизменным. Как видно из рис. 92, блок защиты представляет собой мембранно-пружинный блок сравнения. Его исполнительный механизм выполнен в виде золотника 14 во втулке 13, который давлением масла на правый торец прижимается к мембранному блоку 12. Давление масла из контролируемой точки подается в полость подвижного мембранного блока 12 и сравнивается с усилием пружины 9 об­ратной связи, которое изменяется через стакан 8 рычагом 7 в за­висимости от положения кулачка 3. Против левого торца мембран­ного блока 12 упруго установлен микровыключатель 10 преду­предительной сигнализации, положение которого регулируется пробкой 6.

Блок защиты работает следующим образом. Если давление масла достаточно для данного скоростного режима дизеля, то мембранный блок 12 преодолевает усилие пружины 9 обратной связи, смещается влево и нажимает кнопку микровыключателя 10, размыкая его контакт. Золотник 14 под давлением масла на пра­вый торец перемещается за мембранным блоком и открывает свободный проход масла под давлением от золотника 16 выключения к золотнику 15 механизма управления частотой. В этом положении блок защиты выключен из работы, и механизмы регулятора ра­ботают обычным образом, как описано выше. Усилие пружины 9 определяется, как уже упоминалось, положением ролика на про­филе кулачка 3. Чем выше заданная частота вращения вала ди­зеля, тем ниже сдвинут поршень 17 управления частотой и тем больше поджата пружина рычагом 7. Следовательно, минималь­ное давление масла, при котором мембранный блок начнет сдви­гаться в среднее положение, т. е. уставка защиты, также возра­стет с ростом заданной частоты вращения вала дизеля. Закон изменения этой уставки по частоте определяется формой профиля кулачка 3 и может быть выбран оптимальным для безаварийной работы дизеля. Крутизна характеристики уставки по частоте мо­жет регулироваться винтом 2, меняющим наклон кулачка: чем больше кулачок наклонен влево, тем больше возрастает уставка с повышением заданной частоты вращения. Общий уровень уста­вки может также регулироваться винтом 5: чем больше он ввернут вправо, тем выше будет уставка на одной и той же частоте вращения.

В случае падения давления масла до уставки защиты на дан­ной частоте вращения блок защиты вступает в работу следующим образом.

Вначале мембранный блок 12 и золотник 14 смещаются под действием пружины 9 в среднее положение, торец блока от­ходит от кнопки микровыключателя 10, его контакт замыкается и выдает сигнал о наступлении режима ограничения по давлению масла, а золотник 14 перекрывает подвод масла к механизму уп­равления частотой и не допускает повышения частоты вращения при переводе рукоятки контроллера. Затем в случае дальнейшего снижения давления масла мембранный блок и золотник смеща­ются за среднее положение вправо и золотник 14 соединяет на­порную линию механизма управления частотой со сливом. Ввиду неизбежных утечек масла по зазорам этого механизма поршень 17 смещается из своего положения и через рычаг обратной связи сме­щает вниз из среднего положения золотник 15 управления часто­той, нарушив этим равновесие всего механизма. Так как теперь и сливная и напорные камеры золотника 15 соединены со сливной магистралью, то поршень 17 начинает перемещаться вверх, вы­жимая на слив масло из верхней управляемой полости, снижая частоту вращения вала дизеля независимо от положения контрол­лера и комбинации включения магнитов МР1—МР4 и уменьшая усилие всережимной пружины 1. Таким образом, механизм управ­ления частотой выключится из работы. Далее частота вращения вала дизеля будет снижаться до тех пор, пока между уменьшающи­мися усилиями пружины 9 и усилием блока 12 не наступит равно­весие, т. е. давление масла станет равным новой, пониженной уста-вке защиты, соответствующей сниженной частоте. В этом слу­чае блок 12 и золотник 14 вернутся в среднее положение, пор­шень 17 из-за перекрытия слива золотником 14 остановится и сни­жение частоты прекратится. Дизель будет работать на этой по­ниженной частоте в режиме ограничения по давлению масла, в кабине машиниста появится сигнал о недостаточном давлении масла.

Рис. 92. Схема объединенного регулятора частоты и мощности 4-7РС2

При работе дизеля в режиме ограничения по давлению масла блок защиты не препятствует снижению частоты дизеля контрол­лером ниже значения, установившегося в режиме ограничения, а также остановке дизеля путем выключения магнита МР6. В первом случае, если контроллер будет переведен на низшие позиции, произойдет соответствующее переключение магнитов МР1—МР4 и золотник 15, связанный с ними и поршнем 17 ры­чажной передачей, сместится вверх. При этом верхняя камера поршня 17 уже независимо от блока защиты соединится со сливом, поршень сместится вверх в новое требуемое положение (как опи­сывалось ранее). После этого блок защиты вновь может вступить в работу, если давление масла на новой частоте окажется ниже соответствующей ей уставки. Во втором случае при обесточивании магнита МР6 золотник 16 соединяет вход блока защиты со сливом.

Давление масла на торец золотника 14 снижается, баланс в блоке нарушается и мембранный блок с этим золотником отходят вправо. Верхняя камера поршня 17 соединяется со сливом, поршень идет вверх до упора, через тарелку 11 выключает подачу топлива и останавливает дизель.

Если при снижении частоты вращения давление масла будет интенсивно падать и равновесие между пружиной 9 и блоком 12 не установится, то рычаг 7, поворачиваясь в соответствии с про­филем кулачка 3 против часовой стрелки, упрется в ограничи­тельный винт 4, а его ролик отойдет от профиля кулачка. С этого момента усилие пружины 9 остается неизменным. Оно регулиру­ется винтом 4 таким образом, чтобы соответствующее ему давление масла было равно минимально допустимому значению для мини­мальной частоты вращения. При дальнейшем падении давления масла баланс между пружиной 9 и блоком 12 уже не восстанавли­вается, золотник 14 остается в крайнем правом положении, пор­шень 17 перемещается до упора вверх и через тарелку 11 также выключает подачу топлива.

Если же при работе в режиме ограничения по давлению ма­сла это давление начнет повышаться (например, вследствие устранения неполадки в масляной системе), то блок 12 и золотник 14 сместятся из среднего положения влево, перекроют слив и от­кроют свободное поступление масла под давлением к золотнику механизма управления частотой. Этот механизм вновь включится в работу и выведет дизель на частоту, соответствующую новому повышенному давлению масла, или (если давление масла восста­новилось до нормы) на заданную контроллером частоту вращения. В первом случае дизель будет работать в режиме ограничения по давлению масла на новой повышенной частоте, во втором случае блок защиты по маслу отключится, сигнал об ограничении по давлению масла исчезнет.

Регулятор с блоком защиты блокирует пуск дизеля при от­сутствии минимально допустимого давления масла. Если при пуске давление масла ниже значения, установленного винтом 4, то золотник 14 с мембранным блоком 12 останутся смещенными вправо, управляемая полость поршня 17 будет соединена через золотник со сливным каналом, поршень останется в крайнем верхнем положении и через тарелку 11 будет удерживать меха­низм управления подачей топлива на нулевом упоре.