Устройство и работа регулятора, меняющего положение центра эксцентрика. Взятый для примера регулятор локомобиля П-25 (фиг. 168) смонтирован в корпусе 7, посаженном на коренной вал машины. Два груза 1 и 8, поворачивающиеся относительно вставленных в корпус пальцев 2 и 10, притягиваются к крайнему внутреннему положению пружинами 4 и 11. Эксцентриковая шайба (.эксцентрик) 5 при помощи пальцев 3 и 9 шарнирно соединена с грузами, а хомут, охватывающий шайбу, — со штоком золотника.

Система корпус регулятора — грузы и эксцентриковая шайба пред­ставляет собой шарнирный параллелограм.

Изменение числа оборотов машины вызывает перемещение грузов и соединенной с ними золотниковой шайбы относительно корпуса. Центр эксцентрика, отмеченный на чертеже буквами ЦЭ, описывает при этом траекторию в виде дуги 6, называемую центровой линией экцентрика. Радиус дуги р равен расстоянию между пальцами 2 и 3 или 9 и 10.

При относительном движении эксцентриковой шайбы расстояние между центром эксцентрика и осью вала меняется. Это расстояние пред­ставляет собой величину эксцентриситета г (длину золотникового кри­вошипа).

Таким образом, перемещение грузов вызывает изменение величины эксцентриситета г, угла опережения 8 и степени наполнения ех.

При вращении регулятора центр тяжести каждого груза описывает (в абсолютном движении) траекторию в виде окружности, радиус ко-

I Фиг. 168. Регулятор, меняющий положение центра эксцентрика, для паровой машины локомобиля П-25.

торой устанавливается в зависимости от числа оборотов вала регулятора и натяжения пружин, создающих центростремительные силы для грузов.

При увеличении числа оборотов прежнее натяжение пружины не может обеспечить нового значения центростремительной силы. Это вы­зывает перемещение грузов относительно корпуса регулятора (грузы расходятся) и увеличение натяжения пружины до тех пор, пока не установится новое положение равновесия.

При увеличении отдаваемой машине-орудию мощности число обо­ротов вала уменьшается, при уменьшении же повышается, соответственно с этим увеличивается или уменьшается величина эксцентриситета и ме­няется мощность машины.

Регулятор обеспечивает по своему конструктивному устройству возможность давать любое направление вращения вала, для этого необ­ходимо лишь произвести в соответствующем порядке перестановку частей регулятора (фиг. 168 положения I и II).

Вместо С-характеристики для регуляторов, меняющих положение центра эксцентрика, строят характеристику моментов центробежных сил в зависимости от изменения величины расстояния между центром тяжести груза и прямой, соединяющей оси вала регулятора и пальца, на который насажен груз.

Как и регуляторы, передвигающие муфту, регуляторы, меняющие положение центра эксцентрика, могут быть неустойчивыми, устойчи­выми, астатическими и псевдостатическими, а также обладают вполне определенными степенями неравномерности и нечувствительности.

Элементарный расчет регулятора, меняющего положение центра эксцентрика. Расчет начинают с установления схемы регулятора и его основных размеров (в том числе и центровой линии эксцентрика). Исходными данными для расчета служат:

1) число оборотов вала машины в минуту при номинальной мощ­ности п об/мин;

2) величина полной степени неравномерности 8 (обычно учитывается колебание числа оборотов машины при изменении нагрузки от 80°/о номинальной до максимально кратковременной);

3) величина степени нечувствиїельности регулятора є;

4) величина перестановочной силы W в кг.

Расчет регулятора производится в следующем порядке.

По выбранной величине плеча (на грузе) р для приложения пере­становочной силы W определяется перестановочный момент:

Mw = Wр кгсм. (394)

Для среднего положения груза, соответствующего номинальной нагрузке, находим значение момента центробежной силы (с учетом силы инерции пружины), или, что то же, момента, с которым пружина дей­ствует на груз:

Літ

Мс = Мпр = —-— кгсм. (395)

Учет центробежной силы производится посредством приложения одной трети массы пружины в место присоединения пружины К Грузу.

По моменту центробежных сил подбираются геометрические размеры груза и определяются его вес и расположение центра тяжести.

Далее, считая регулятор условно остановленным, рассматривают ста­тическую задачу равновесия его грузов при ряде положений центра эксцентрика на центровой линии. Это позволяет определить величины усилий Р, действующих на пружину, деформации пружины и построить графически характеристику пружины.

Характеристика пружины используется для определения ее основных размеров, т. е. ее диаметра, диаметра проволоки и числа рабочих витков.

Расчет завершается построением характеристики регулятора, которая позволяет даіь качественную его оценку.

Рассмотрим в виде примера элементарный расчет регулятора, ме­няющего положение центра эксцентрика, для машины локомобиля марки П-25 по следующим исходным данным:

1) число оборотов вала машины при номинальной нагрузке п = = ли = 300 об/мин.

2) полная степень неравномерности регулятора 8 = 0,05 (от 80°/о номинальной нагрузки до максимально кратковременной);

3) степень нечувствительности регулятора в = 0,035;

4) перестановочная сила W=

12 кг. Для определения центровой линии строятся предположитель­ные индикаторные диаграммы или«) используются диаграммы, снятые с машины.

На фиг. 169 приведены инди­каторные диаграммы локомобиля П-25 для трех нагрузок: 1) 80°/о номинальной, 2) нормальной и

3) максимально кратковременной. ^

Одновременно построенные для целого ряда нагрузок золотнико­вые совмещенные диаграммы при­ведены на фиг. 170.

Эти построения позволили получить центровую линию эксцен­трика в виде дуги /— IV, опре­делить величину радиуса этой дуги, равного р = 47,5 мм, и коорди - в) наты центра дуги.

Фазы распределения для раз­личных нагрузок машины при вы­бранной центровой линии (приве­дены в табл. 36) можно признать вполне удовлетворительными. фиГ‘ 169' Индикаторные диаграммы

_ 3 у машиш локомобиля П-25:

Полученную центровую линию

„ __________ „ а — при максимально кратковременной б — при

ПриМбМ 33 ОСНОВУ ПроеКТИрОВЗНИЯ. номинальной в—при 80% номинальной нагрузках.

Таблица 36 Фазы распределения паровой машины локомобиля П-25 при различных нагрузках Нагрузка Степень наполнения «г В 7о Степень предваре­ния вы* пуска s2 в °/0 Степень сжатия Ч в °/ о Степень предваре­ния впуска и в °/о 8(j»/o номинальной: со стороны крышки......................... 30 17,8 40,7 1,3 со стороны вала.............................. 28,5 17,5 38 2 Номинальная: со стороны крышки........................ 40 14,5 34 1,5 со стороны вала........................... 38 14 31,4 2,6 Максимально кратковременная: 1,5 со стороны крышки......................... 50 12 29,3 со стороны вала............................... 45,5 12,5 26,9 1,6

При определении размеров регулятора необходимо принять меры, чтобы наименьшая величина эксцентриситета гш1п обязательно была меньше перекрыши впуска. Только в этом случае регулятор может обеспечить

полное прекращение доступа пара в цилиндр и предотвратить разнос машины при мгновенном сбросе нагрузки. Регулятор машины локомо­биля П-25 удовлетворяет этому требованию (фиг. 170).

Так как полная величина перестановочной силы регулятора равна W = 12 кг, то на долю одного груза приходится сила, равная

W№ = 0,5 Г = 6 кг

и перестановочный момент Mw, равный по уравнению (394)

W! pp — 6-4,75 = 28,5:=^29 кгсм.

Пользуясь уравнением (395), найдем величину момента центробежных сил груза (с учетом момента центробежной силы пружины) при среднем их расположении (номинальная нагрузка):

Лі іот OQ

Мс = Мйр =- -f - = да = 828>6~ 829 к**.

После ряда прикидок для проектируемого регулятора был выбран груз, представленный на фиг. 171.

Для определения веса и положения центра тяжести груза разбиваем его на ряд простейших элементов в виде трех - и четырехгранных призм

и цилиндров и относим к прямоугольной системе координат у----------------- X,

отмеченной на чертеже.

Подсчет величины объемов отдельных элементов производится по следующим формулам:

1) для трехгранных призм

V = 0,5 а. Ь-с дм3; (396)

2) для четырехгранных призм

V = а-Ь-с дм*; (397)

3) для цилиндров

I/= 0,785а2-с дм3, (398)

где а — длина основания элемента в дм;

Ь — ширина основания элемента в дм; d—диаметр основания элемента в дм: с — высота призмы или цилиндра в дм.

Результаты подсчетов объемов и статических моментов для отдель­ных элементов приведены в табл. 37.

Таблица 37

Подсчет объемов и статических моментов отдельных элементов

груза регулятора

jSfs элемента по фиг. 171	Размеры элементов для подсчета объема по формулам (396) — (398) в дм	Объем элемента V в дм3	hoop дин аты центра тяже­сти элемента в мм	Статические моменты объемов в дм? мм
X	У	Vx	vy
і	0,5-0,18-0,18-0,32	0,0052	126	62	0,653	0,321
2	0,5-0.18-0,18 0,32	0,0052	126	33	0,653	0,171
3	0,785.0,42-0,4	0,0502	143	48	7,184	2,412
4	0,5-0,08-0,23.0,68	0,0063	114	17	0,713	0,1 Гб
5	0,87-0,23-0,68	0,1361	68	11	9,253	1,497
6	0,13-0,57-0,68	0,0504	18	29	0,907	1,461
7	0,5-0,11-0,16-0,68	0,0060	7	28	0,042	0.168
8	0,5-0,11-0,24-0,68	0,0090	7	42	0,063	0,377
9	0,96 0,64-0,68	0,4178	72	55	30,081	22979
10	0,5-0,13-0,29-0,68	0,0128	20	67	0,256	0,859
И	0,15-0,11 -0,32	0,0053	128	74	0,676	0,391
12	0,11-0,33-0,32	0,0116	140	85	1,626	0,987
13	0,15-0,24-018	0,0065	128	91	0,829	0,590
14	0,42-0,18 0,18	0,0136	98	95	1334	1,293
15	0,5-0,54-0,37-0,18	0,0180	50	99	0,899	1 780
16	0,5-0,36-0,08-0,18	0,0026	91	107	0,236	0,277
17	0,785-0,32-0,4	0,0283	92	124	2 600	3,504
18	0,19-0,36-0,4	0,0274	113	123	3,092	3,365
19	0,785-0,422-0,4	0,0^54	140	122	7.75"	6,758
20	0,19-0,36-0,4	0,0274	166	121	4 542	3,311
21	0,785 0,32-0,4	0,0283	188	120	5,313	3,391
Суммарные значения	0,9234		-- --	78,707	)5,998

В результате подсчетов имеем:

1) объем груза 21/ = 0,9234 дм3;

2) статический момент относительно оси у

= 78,707 дм3мм;

3) статический момент относительно оси х

2КУ — 55,998 дм3 мм.

По этим данным находим вес груза G в кг и координаты его центра тяжести (точки Н).

Вес груза равен

Q = S V-1 = 0,9234-7,3 = 6,8 кг.

Центр тяжести отстоит от выбранной оси ординат на величину

и от оси абсцисс на величину

S V-y 55,998 2 V ~ °’9234

Расстояние между осью пальца А и центром тяжести груза Н по чертежу составляет 1Н = 83,5 мм.

Принимаем для проектируемого регулятора наружный диаметр кор­пуса DKp = 470 мм и расстояние между осью вала О и осью пальца А, относительно которого поворачивается груз, а = 175 мм и для прове­дения расчета вычерчиваем в масштабе 1 мм — м схематический чертеж регулятора (фиг. 172). Размещение отдельных его частей, а также и грузов показаны в положении, соответствующем наибольшей степени наюлнения Є[ шах, которая используется только в период пуска машины. Эта позиция подвижных частей регулятора отмечена цифрой IV.

Помимо этого на чертеж нанесены еще положения центра эксцен­трика (на центровой линии), центра тяжести груза Н и центра валика О', соединяющего груз с пружиной, для четырех характерных нагрузок машины:

1) холостого хода, отмеченного хх

2) 80°/о номинальной нагрузки (/);

3) номинальной нагрузки (//);

4) максимально кратковременной (III).

По условию задания номинальной нагрузке соответствует число обо­ротов вала п\ = 300 в минуту.

Учитывая величину полной степени неравномерности регулятора 8 = 0,05, определим число оборотов машины при максимально кратко­временной нагрузке по следующей формуле:

Яш = «и (1 + 0,58) об/мин; (399)

яш = 300(1 +0,5-0,05)=: 300(1 + 0,025) = 307,5 об/мин.

Число оборотов при 80% номинальной нагрузки равно

«і = лц (1 — 0,58) об/мин; (400)

п = 300 (1 — 0,5-0,05) = 300 (1 — 0,025) = 292,5 об/мин.

Число оборотов машины в момент начала работы регулятора (по­зиция грузов IV) и при холостом ходе можно будет найти только после определения размеров пружины.

После этих предварительных подсчетов можно приступить к опре­делению моментов центробежных сил грузов и сил, растягивающих пружины. Помимо центробежных сил грузов будем учитывать только центробежные силы пружин, условно помещая в точку О’ одну треть

3*981-900 1,3-10,02713-292.5' 3-981-900

"IV — 3-981-900 96 Гарькуша н Юшнна* 649.

Получив значения центробежных сил инерции, можно найти и момент центробежных сил инерции для каждого положения грузов по формуле

Мс = С-h + С - h' кгсм, (404)

где h — расстояние в см от точки А (фиг. 172) до линии действия силы С;

h' — расстояние в см от точки А до линии действия силы С. Учитывая знаки моментов сил Си С', определим для всех пяти положений грузов значения моментов центробежных сил инерции Мс:

Me хх = 0,001239«L-8,25 + 0,000053/4*-4,75 = 0,01047/4* кгсм Мс і = 107,8- 8,3 + 4,73- 3,2 = 909,9 кгсм;

Меи = 99,2-8,25 + 4,44-2,45 = 829,3 кгсм;

Mem = 90,7-8,17 + 4,17-1,55 =*= 747,5 кгсм;

Meiv = 0,000947«iV -7,7 — 0,000048^-0,4 = 0,00727/ZiV кгсм.

Необходимо отметить, что при номинальной нагрузке (позиция If грузов) получено требуемое значение момента центробежных сил инер­ции груза.

При решении задачи равновесия грузов методами кинетостатики момент пру­жины получается равным мо­менту центробежных сил, как это отмечалось уравне­нием (395). Поэтому силу натяжения пружины И можно определить по следующей формуле-

р=Мс

hnv

где hnp — расстояние в см от точки А до оси пружины.

Это расстояние меняется очень мало и для позиций /, II, III и IV может быть взято равным hnp = 7,5 см и только ДЛЯ позиции XX

0,001454/4* кг;

hnp = 7.2 СМ.

„ 829,3 .. „ д

Рп = —jf - = 1Ю,6 кг;

г, 747,5 „„ _

Яш = - уу - = 99,7 кг;

Величина первоначальной затяжки пружины неизвестна, но по чер­тежу фиг. 172 можно определить ее деформации относительно положе­ния IV, когда длина ее минимальна (деформация соответствует перво­начальной затяжке).

Деформации пружины от свободного ее состояния до данного будем обозначать буквой / с индексом, соответствующим положению груза.

Пружина при различных положениях грузов получает следующие относительные деформации (определены по чертежу):

A4,=4,-Av = 32.5

fl=fl—/n = 21,5 мм;

Д/ц = /ц —/iv = 16>7 мм>

4/Ш ~ /щ f \ = 11»® мм.

Имеющиеся значения относительных деформаций пружины и соот­ветствующих усилий позволяют построить характеристику одной пру­жины регулятора, приведенную на фиг. 173, в виде графической зави­симости силы натяжения пружины от величины ее деформаций.

Характеристика дает возможность определить абсолютные величины деформаций пружины и усилий, передаваемых на груз.

При /[у = 34 мм имеем P[V = 74,5 кг;

при /ш = 45,5 мм Яш = 99,7 кг; при /п = 50,7 мм Яп = 110,6 кг; при /j = 55,5 мм Р{ = 121,3 кг; при / = 66,5 мм Рхх = 145 кг.

Получив по характеристике величины усилий и Рхх, можно определить число оборотов при холостом ходе машин и число оборо­тов в момент начала действия регулятора по следующим имеющимся уравнениям:

Рхх = 0,001454«L = 145 кг

И.

Р] = 0,000969n? v ~ 74,5 кг.

Решая эти уравнения, получаем

пхх = "j/"о001454 = ®1®>3 об/мин

И

^У^одаг^ 277’2 об/мин-

Подставляя значения nvx и Пу в соответствующие уравнения, на­ходим величины моментов центробежных сил для груза в положении холостого хода и положении IV:

Мс хх = 0,01047пхх = 0,01047- 315,82 =■ 1044 кгем; МСп = 0,00727n, v = 0,00727-277,22 = 558,8 кгем.

После определения макси­мального усилия, действующего на пружину, и ее деформации можно произвести расчет пру­жины на прочность.

Исходные данные для рас­чета следующие:

1) максимальное усилие пружины Р— 145 кг;

2) максимальная деформа­ция пружины /= 6,65 см;

3) диаметр пружины Dnp — — 45 мм = 4,5 см;

4) пружинная сталь марки 60С2 (ГОСТ В-2052-43); до­пускаемое напряжение сдвига R, = 5000 KzjcM2, модуль упругости при сдвиге G Г= = 800000 кг/см2.

Диаметр прутка (прово­локи) определяется по фор­муле (219):

Необходимое число рабочих витков находится по формуле (222):

■ f-dnp'a _ 6,65-0,74-800 000 __ 19 п~ 19 1 8D[29] [30] •Р 8-4,53-145 ’

u пр

Итак, для регулятора потребуется пружина со следующими разме­рами:

1) средний диаметр пружины Dnp— 45 мм;

2) диаметр проволоки dnp = 7 мм;

Расчет регулятора завершается построением характеристики регу­лятора.

Для регуляторов, меняюших положение центра эксцентрика, С-характеристика заменяется характеристикой моментов центробежных сил инерции. Характеристика моментов Мс представляет собой графи­ческую зависимость моментов Мс от величины расстояния х между центром тяжести груза Н и линией О А (фиг. 174).

Характеристика моментов Мс для одного груза была построена по следующим данным:

1) положение грузов хх

ххх = 77,5 мм и Мс хх = Ю44 кгсм;

2) положение грузов I

Х = 72 мм и Мс і = 909,9 кгсм;

3) положение грузов П

Хц = 69 мм и Мс н = 829,3 кгсм;

4) положение грузов III

Хщ — 65,5 мм и Мс ш = 747,5 кгсм;

5) положение грузов IV

Xv = 54,8 мм и Мс iv = 558,8 кгсм.

Вдоль оси ординат диаграммы нанесены шкалы для моментов, от­носящихся к одному и к двум грузам.

Анализируя построенную диаграмму, можно сделать заключение, что спроектированный регулятор является устойчивым, так как увели­чение х соответствует увеличению числа оборотов регулятора.