調(diào)速率3%的VE泵全程調(diào)速器設(shè)計開發(fā)

何彬+吳國偉+王斌+殷松

摘 要：本文分析了VE泵全程調(diào)速器在低調(diào)速率時油量不穩(wěn)定的影響因素，并針對匹配發(fā)電機柴油機低調(diào)速率要求，優(yōu)化了調(diào)速器設(shè)計，解決了油量穩(wěn)定性問題，做到了3%的調(diào)速率。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機；柴油機；VE泵；調(diào)速器；調(diào)速率

一、研究背景

為保證發(fā)電機輸出的電流頻率符合要求，交流發(fā)電機用柴油機要求調(diào)速率小于等于5%。楊連生 、方在華 、繆雪龍 、王軼在柴油發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)及匹配系統(tǒng)已作了很多研究工作，他們研究經(jīng)驗對此次開發(fā)幫助很大。隨著排放法規(guī)的升級，為了達到Tier3排放水平，越來越多的發(fā)動機開始匹配VE型分配泵。VE型分配泵在發(fā)電機組的應用上也存在調(diào)速率與發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性問題。

二、VE泵全程調(diào)速器結(jié)構(gòu)及調(diào)速率

飛塊套在驅(qū)動軸的帶動下做旋轉(zhuǎn)運動，飛塊套安裝于調(diào)速軸上，其中4個飛塊隨著轉(zhuǎn)速的增大，產(chǎn)生的離心力增大，飛塊的離心力通過調(diào)速套推動調(diào)速桿總成，使調(diào)速桿總成以M2為支點轉(zhuǎn)動；調(diào)速桿總成的轉(zhuǎn)動一方面使油量控制套筒向小油量位置移動，另一方面上部鏈接的調(diào)速彈簧拉伸，彈簧力增大，當彈簧力作用在調(diào)速器上的轉(zhuǎn)矩與飛塊離心力轉(zhuǎn)矩平衡時，調(diào)速器位置穩(wěn)定，油泵噴出油量減少到與轉(zhuǎn)速對應的某一特定值，實現(xiàn)柴油機的轉(zhuǎn)速控制。

通常汽車用柴油機調(diào)速率小于等于10%，工程機械用柴油機要求調(diào)速率小于8%～12%；而發(fā)電機應用柴油機希望調(diào)速率小于等于5%。

目前VE泵常用結(jié)構(gòu)的調(diào)速率可以做到8%，選用的調(diào)速彈簧剛度大于0.6N/mm。當調(diào)速率低于8%時，需要選用更小剛度的調(diào)速彈簧，此時會發(fā)生油泵供油量穩(wěn)定性變差的現(xiàn)象，發(fā)動機最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)。

三、低調(diào)速率油量不穩(wěn)原因分析

穩(wěn)定調(diào)速率是柴油機突卸載荷后經(jīng)過一段時間的穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速n2與突卸負荷前轉(zhuǎn)速n1的轉(zhuǎn)速差與轉(zhuǎn)速n1的比值。計算公式如下：

正常情況下調(diào)速器工作時轉(zhuǎn)速都會存在波動，調(diào)速器在柴油機負荷突卸后的轉(zhuǎn)速變化過程，柴油機負荷突卸后轉(zhuǎn)速最高升高到n3，可以用瞬時調(diào)速率來衡量過渡過程的轉(zhuǎn)速波動情況，公式如下：

不靈敏度是衡量調(diào)速器正常工作的一個參數(shù)指標，它是指兩個起作用的極限轉(zhuǎn)速差對柴油機平均轉(zhuǎn)速之比，公式如下：

如柴油機轉(zhuǎn)速n=2600rpm時，調(diào)速器對柴油機轉(zhuǎn)速升高到n1=2610rpm或降低到n=2590rpm時調(diào)速器都不起作用。這是因為調(diào)速系統(tǒng)中存在摩擦，需要足夠大的力克服摩擦，才能使調(diào)速系統(tǒng)平滑運行。

正常工作的調(diào)速器，雖然調(diào)速過程存在過渡過程中的轉(zhuǎn)速波動，彈簧力足夠克服調(diào)速系統(tǒng)的摩擦，最終會穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速位置。而當調(diào)速彈簧剛度較小，不足以克服系統(tǒng)摩擦，在不靈敏度變大的同時，瞬時調(diào)速率變大，從而造成油泵的供油量不穩(wěn)定，調(diào)速器失效。

四、低調(diào)速率VE泵調(diào)速器設(shè)計

本文設(shè)計調(diào)速器增加了輔助調(diào)速系統(tǒng)，改輔助調(diào)速系統(tǒng)主要由套筒，活塞和輔助調(diào)速彈簧組成，套筒通過支架固定在泵體上，輔助調(diào)速彈簧一端固定于活塞，另一端固定于調(diào)速器的搖架。在套筒一端開口，一端封閉，封閉端設(shè)計有一個阻尼小孔，活塞在套筒內(nèi)靈活滑動，活塞與套筒圍成了一個液壓腔室。

調(diào)速器及輔助調(diào)速系統(tǒng)工作如下：柴油機負荷突卸轉(zhuǎn)速升高時，作用在調(diào)速系統(tǒng)的支撐力變大，搖架向調(diào)速彈簧力增大的方向運動，即向油量減小方向運動。在調(diào)速彈簧起作用瞬間，滑套和活塞圍成的腔室內(nèi)來不及充入柴油，活塞位置緩慢變化，此時輔助調(diào)速彈簧和調(diào)速彈簧共同起作用，使搖架平穩(wěn)向油量減小方向運動，隨著柴油不斷通過節(jié)流小孔進入阻尼腔內(nèi)，活塞逐漸向外移，輔助調(diào)速彈簧作用力逐漸減小，同時搖架進一步向噴油量減小方向運動。最終液壓阻尼器腔室內(nèi)充油結(jié)束，此時輔助調(diào)速彈簧不起作用，只有調(diào)速彈簧在起作用，使搖架處于穩(wěn)定的一個油量位置?？傮w上液壓阻尼器起到降低調(diào)速器的靈敏度，避免轉(zhuǎn)速突變引起的過沖，降低了瞬時調(diào)速率，可以起到穩(wěn)定供油量的作用。

五、輔助調(diào)速系統(tǒng)各參數(shù)的優(yōu)化試驗

1.油泵試驗臺調(diào)速率研究方法

本文通過油泵試驗臺進行調(diào)速率的研究試驗，本文油泵試驗臺是法國EFS油泵測試試驗臺，可以實現(xiàn)油量的自動記錄，具有油泵油量曲線測試，油泵單次噴射測試等測試功能。通過外特性油量曲線、單次噴射曲線可以分析調(diào)速器系統(tǒng)是否能夠滿足柴油發(fā)電機特性需求。

2.不同阻尼孔對比

油量隨轉(zhuǎn)速變化趨勢重合度越高，滯回特性越好，阻尼孔孔徑φ0.3和φ0.5轉(zhuǎn)速和油量的關(guān)系曲線對比情況，可以看出φ0.3阻尼孔滯回特性優(yōu)于φ0.5阻尼孔，選用φ0.3阻尼孔。

六、結(jié)語

本文通過對VE泵調(diào)速器增加輔助調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計，通過降低瞬時調(diào)速率，提高了發(fā)動機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了VE泵3%的調(diào)速率設(shè)計，滿足發(fā)電機發(fā)動機的使用要求。

參考文獻：

[1].周龍保.內(nèi)燃機學.第三版，北京：機械工業(yè)出版社，2011年.

[2].楊連生.發(fā)動機調(diào)速的穩(wěn)定性理論與實踐.內(nèi)燃機學報，1988，（1）：81.