В процессе работы дорожных и строительных машин нагрузка на двигатели непрерывно изменяется в зависимости от разрабатываемого грунта и выполняемых операций. Если при этом сохранять постоянной подачу топлива, то изменение нагрузки вызывает изменение частоты вращения коленчатого вала. Для сохранения заданного скоростного режима на двигателях устанавливают регуляторы, автоматически поддерживающие в определенных пределах частоту вращения коленчатого вала двигателя независимо от внешней нагрузки.
В результате воздействия регулятора на рейку топливного насоса или на дроссельную заслонку изменяется количество подаваемого в цилиндры топлива или горючей смеси, а следовательно, повышается или уменьшается мощность двигателя при заданной частоте вращения коленчатого вала.
По принципу действия чувствительного элемента регуляторы разделяют на механические, гидравлические, пневматические и электрические. Чувствительным элементом называют механизм, реагирующий на изменение параметра (частоты вращения) и вырабатывающий импульс (усилие) для воздействия на орган управления двигателем (рейку топливного насоса или дроссельную заслонку).
Если чувствительный элемент непосредственно воздействует на орган управления, регулятор называется регулятором прямого действия. На двигателях дорожных и строительных машин преимущественно распространены регуляторы прямого действия с механическими центробежными чувствительными элементами (центробежные регуляторы), в которых орган управления перемещается под действием центробежной силы вращающихся масс (грузиков или шариков).
Центробежные регуляторы бывают одно-, двух- и всережимными. Однорежимные регуляторы предназначены для поддержания одного скоростного режима, а двухрежимные поддерживают минимальную и максимальную частоту вращения. Всережимные регуляторы обеспечивают устойчивую работу двигателя на любом скоростном режиме в пределах от максимально допустимой частоты вращения коленчатого вала до минимальной.
Применяют также предельные регуляторы, ограничивающие максимальную частоту вращения. В этом случае двигатель на всех эксплуатационных режимах работает без участия регулятора.
Последний вступает в работу лишь при внезапном случайном уменьшении нагрузки, предохраняя двигатель от разноса — чрезмерного увеличения частоты вращения.
Механизм однорежимного регулятора (рис. 43) заключен в корпус 14 с крышкой 13. Вращение валу 15 регулятора передается от коленчатого вала двигателя через распределительные шестерни, которые включают и шестерню 20. Вместе с валом 15 вращается ведущий диск 19 с четырьмя шаровыми грузами 17, находящимися в его прорезях. Под действием центробежной силы грузы начинают расходиться и стремятся передвинуть подвижный диск 16 вдоль оси вала вправо.
Передвижению диска 16 противодействует через двуплечий рычаг 7 пружина 4 регулятора. При увеличении частоты вращения коленчатого вала расхождение грузов увеличивается, сила их нажатия на подвижный диск 16 возрастает, в результате чего диск перемещается, через шаровой упор 12 нажимает на направляющий палец 10 и перемещает его.
Палец 10, действуя на короткое плечо рычага 7 через лыску 11, поворачивает его вместе с осью 8. Длинное плечо рычага 7 сжимает при этом пружину 4. Вместе с осью 8 поворачивается также закреп ленный на ней рычаг 6, который через шарнирную тягу 3 и рычаг 2 прикрывает дроссельную заслонку 1 карбюратора. При этом количество горючей смеси, поступающей в цилиндр, уменьшается и частота вращения коленчатого вала начинает падать.
С уменьшением частоты вращения коленчатого вала сила нажатия грузов 17 на подвижный диск 16 падает и он под действием пружины 4 перемещается влево. При этом ось 8 вместе с рычагами 7 и 6 поворачивается по часовой стрелке и дроссельная заслонка 1 открывается. В цилиндр поступает больше горючей смеси и частота вращения двигателя увеличивается. Таким образом, поддерживается постоянная скорость вращения коленчатого вала двигателя.
Применение на двигателе всережимного регулятора (рис. 44) создает ряд преимуществ: упрощается управление
машиной и облегчается труд машиниста; повышается производительность машины за счет сокращения затрат времени, связанных с переключением передач; снижается расход топлива при работе с неполной нагрузкой. Регулятор автоматически поддерживает в определенных пределах установленную машинистом частоту вращения коленчатого вала независимо от изменения внешней нагрузки. Действуя на рейку топливного насоса, регулятор изменяет количество подаваемого в цилиндры топлива, а следовательно, повышает или уменьшает мощность двигателя.
Шестерня 11 привода регулятора и топливного насоса получает вращение от коленчатого вала и передает движение через пару конических шестерен вертикальному валу 10 регулятора. Вместе с валом вращаются укрепленные на нем грузы 9, расходящиеся в стороны под действием центробежной силы и стремящиеся через сухари 8 и муфту 7 повернуть рычаг 6. Перемещению муфты 7 вверх и повороту рычага 6 противодействует пружина 16 регулятора.
При неизменной нагрузке двигателя коленчатый вал вращается с постоянной частотой вращения и в регуляторе устанавливается равновесие между центробежной силой грузов 9 и натяжением пружины 16.
При повышении внешней нагрузки частота вращения снижается и соответственно падает скорость вращения грузов регулятора.
В результате уменьшения центробежной силы равновесие в регуляторе нарушается и грузы под воздействием растянутой пружины 16 сближаются. Рычаг 6 поворачивается и с помощью тяги 12 пере двигает рейку 5 топливного насоса в сторону увеличения подачи топлива. Частота вращения и мощность двигателя повышаются и в регуляторе вновь устанавливается равновесие между центробежной силой грузов 9 и натяжением пружины 16.
При снятии нагрузки с двигателя частота вращения его несколько увеличивается. Под действием возросшей центробежной силы грузы 9 через систему рычагов передвигают рейку 5 в сторону уменьшения подачи топлива. В результате частота вращения и мощность двигателя понизятся.
Нужно иметь в виду, что при заданном положении рычага 4 частота вращения, хотя и в узких пределах, но меняется с изменением нагрузки. В случае необходимости машинист может изменять скоростной режим работы двигателя. Это достигается воздействием на пружину 16 через систему рычагов, приводимую в движение рычагом 4 управления подачей топлива. При перемещении рычага 4 влево пружина 16 растягивается и двигатель развивает большую частоту вращения. Это связано с тем, что большему усилию пружины при том же равновесном расхождении грузов соответствует большее число оборотов грузов, а следовательно, и двигателя.
Максимальная частота вращения ограничивается благодаря тому, что плечо 15 трехплечего рычага доходит до упора 13 максимальной подачи. При перестановке рычага 4 вправо пружина 16 растягивается меньше, подача уменьшается и двигатель снижает частоту вращения до тех пор, пока плечо 14 трехплечего рычага не дойдет до упора 17 минимальной подачи. Положение упоров 13 и 17 можно изменять регулировочными винтами.
У топливных насосов дизелей количество топлива, подаваемого в цилиндр двигателя за один ход плунжера, снижается при уменьшении частоты вращения коленчатого вала и неизменном положении рейки насоса. Так как снижение частоты вращения вала двигателя обычно происходит вследствие его перегрузки, т. е. тогда, когда мощность двигателя недостаточна для преодоления внешней нагрузки, то уменьшение подачи топлива насосом в этот момент особенно нежелательно.
Чтобы увеличить подачу топлива при перегрузке двигателя, насосы имеют специальное устройство — корректор подачи топлива.
Все корректоры связаны с механизмом регулятора. Действие корректоров основано на создании возможности дополнительного продвижения рейки насоса в сторону увеличения подачи топлива при уменьшении частоты вращения коленчатого вала от перегрузки двигателя.
Корректор состоит из регулировочной муфты 3, пластинчатой пружины 2 и прокладки 1, соединенных штифтом. При перегрузке двигателя вследствие снижения частоты вращения грузы 9 под действием пружины 16 сближаются больше, чем на полной нагрузке при данном режиме. В результате рейка 5 дополнительно продвигается, муфта 3, упираясь в пружину 2, деформирует ее. Подача топлива в этом случае увеличивается, что вызывает повышение мощности и, следовательно, дополнительное увеличение крутящего момента двигателя.
Дополнительное продвижение рейки и увеличение подачи топлива в описываемом корректоре ограничены толщиной прокладки 1 и жесткостью пружины. Увеличение толщины этой прокладки против рекомендуемой не допускается, так как это может вызвать значительное повышение мощности и крутящего момента двигателя и привести к поломке.