Применявшийся для качественного регулирования паровых машин локомобилей регулятор, передвигающий муфту, устроен согласно схеме фиг. 165 следующим образом.

Два груза-маятника 1 соединены с валом (шпинделем) регулятора 3 шарниром 2. Грузы / регулятора связаны тягами 9 с муфтой 5, ко­торая через рычаг 6 воздействует на дрос­сельный клапан 7.

Муфта нагружена пру­жиной 8. Вал регуля­тора 3 получает вра­щательное движение от коленчатого вала посредством ременной или цепной передачи и конической зубчатой передачи 4. При изме­нении числа оборотов вала машины грузы регулятора буду! изме­нять свое положение, вызывая соответствую­щие перемещения муфты о и связанных с ней рычага 6 и дроссель­ного клапана 7.

При равномерном вращении шпинделя части регулятора устанавли­ваются таким образом, чго равнодействующая всех сил, приложенных к грузу 1 (включая и силу веса груза), представляет центростремитель­ную силу груза, под действием которой центр тяжести груза переме­щается по окружности радиуса г.

При исследовании работы регулятора методами кинетостатики (см. § 12 настоящего раздела) вал регулятора условно останавливается, и к центрам тяжести обоих грузов (фиг. 165) прикладываются фиктив­ные силы инерции (центробежные силы), величина которых находится по следующему уравнению:

C=°^±L кг> (372)

где G—вес всех грузов в кг

25 Гарькуша и Юшина. 649.

со — угловая скорость вала регулятора в 1 /сек; г — расстояние от центра тяжести груза до оси вала регулятора в л; £■ = 9,81—ускорение свободного падения в м/сек2.

Как известно, величина угловой скорости определяется общим уравнением

— 1/сек, (373)

где п — число оборотов вала в минуту.

После условной остановки регулятора и приложения фиктивных сил инерции система будет находиться в статическом равновесии, и сумма всех сил, приложенных к грузам регулятора, будет равна нулю.

а — построение характеристики: б — виды характеристик.

Оценку качества регулятора и его пригодности для тех или иных целей можно производить по характеристике центробежной силы регулятора.

Характеристика центробежной силы регулятора, или сокращенно С-характеристика, представляет собой графическую зависимость между величинами центробежной силы С и расстояния г между центром тя­жести груза и осью вращения (фиг. 166, о).

По оси абсцисс диаграммы в масштабе 1 мм — [is м откладываются отрезки, представляющие расстояние г от центра тяжести груза до оси вала регулятора в положении равновесия грузов при некотором числе п оборотов вала регулятора в минуту, а по оси ординат в масштабе 1 мм — fj, р кг — отрезки, изображающие соответствующее значение центробежной силы С. Кривая АВ представляет искомую С-характе - ристику регулятора.

Как видно из фиг. 166, а, наименьшее расстояние центра тяжести груза от оси вращения регулятора rm! n, соответствующее наименьшему отклонению грузов, будет при числе оборотов вала регулятора, рав­ном я1 в минуту, наибольшее же расстояние центра тяжести от оси вращения регулятора гшах, соответствующее наибольшему отклонению грузов от вала регулятора, будет при числе оборотов я2 в минуту. Промежуточные положения центра тяжести и значения г могут быть легко найдены по С-характеристике (кривой АВ).

Выражение величины центробежной силы по формуле (372) пока­зывает, что если угловая скорость U) или число оборотов я постоянны, то величина центробежной силы пропорциональна г, т. е. расстоянию от центра тяжести груза до оси вращения. Поэтому каждый луч, про­ходящий через точку О под углом ®, будет соответствовать некоторому постоянному числу оборотов в минуту.

Тангенс угла ® выражается следующим отношением:

* Мя ‘ Ms Мр Г ’

С г

так как у = — мм и х — — мм.

Мя MS

Подставив значение центробежной силы С по уравнению (372), можно получить для тангенса угла ® следующее выражение:

Значение tg® пропорционально u>2 или я2.

Для каждой прямой, проходящей через начало координат (точку О), величина угла ® и значение тангенса будут постоянны, т. е. ® = const и tg ® = const.

Измерив на диаграмме С — г величину тангенса угла ®, можно опре­делить величину угловой скорости вала регулятора по следующим урав­нениям:

ш2 = JtE-K. tg ® 1/сек2 (375)

■ и

и

О) = т/-М - tg® 1/сек. (376)

г • С/

Теоретической степенью неравномерности регу­лятора называется отношение разности между угловыми скоростями, соответствующими верхнему и нижнему положениям муфты, к средней угловой скорости, т. е.

ш2 — О)!

х’ср

Так как угловая скорость и число оборотов прямо пропорциональны друг другу, то степень неравномерности регулятора может быть выра­жена также и через числа оборотов:

8Г = ~. (378)

пср

Ввиду небольшой величины разности U>2 — (Dj или п2 — пг обычно принимают, что средние значения угловой скорости и числа оборотов равны

«V = 1/сек (379)

и

пср — П' об/мин. (380)

Рассмотрим различные виды С-характеристик, представленных на фиг. 166,6.

В регуляторе с С-харастеристикой, отмеченной цифрой I, увеличе­ние числа оборотов вала вызывает увеличение расстояния между цен­тром тяжести грузов и осью вращения. Такой регулятор называется устойчивым, так как при изменении числа оборотов грузы авто­матически устанавливаются в новое положение равновесия.

Если С-характеристика регулятора, отмеченная цифрой //, располо­жена на прямой, проходящей через начало координат, то регулятор может быть в равновесии только при числе оборотов, соответствующем углу наклона характеристики, причем грузы регулятора могут нахо­диться в любом положении. Такой регулятор называется астатиче­ским и имеет степень неравномерности, равную нулю.

Наконец, С-характеристика III относится к регулятору, грузы кото­рого при большом числе оборотов должны находиться на более близ­ком расстоянии от цси вращения, чем при малом. Такой регулятор будет неустойчивым.

Применяемые в паровых машинах регуляторы должны быть устой­чивыми и в то же время по возможности близкими к астатическим, чтобы числа оборотов при крайних положениях грузов незначительно отличались друг от друга.

Такие регуляторы называются псевдоастатическими и отли­чаются очень малой степенью неравномерности.

Таким образом, органом, управляющим подачей пара в машину, является регулятор, а сама задача регулирования заключается в том, чтобы при помощи регулятора обеспечивать такую подачу пара в ма­шину, при которой число оборотов машины менялось бы при различ­ных режимах ее работы в незначительных, допустимых для данной ма­шины пределах.

Если грузы и муфта регулятора находятся в равновесии при неко­тором числе оборотов его вала, равном п в минуту, то выйги из этого положения равновесия муфта может только передвинув регулирующие органы и преодолев собственные силы трения. Сила, необходимая для

передвижения регулирующих органов и преодоления сопротивления собственного трения, называется перестановочной силой ре­гулятора и обозначается W.

Величина перестановочной силы в выполненных регуляторах коле­блется в пределах W = 8 ~ 15 кг.

Муфта регулятора может развить перестановочную силу только при нарушении равновесия грузов за счет изменения числа оборотов и, как следствие, необходимой центростремительной силы.

Обозначим число оборотов вала, при котором начинается движение муфты вверх, через п" = п -f - Ап, а при начале движения вниз п' = = п — Ап.

Таким образом, пока число оборотов меняется в пределах от п' до п" в минуту, муфта двигаться не будет и регулятор останется не­чувствительным.

Степенью нечувствительности регулятора называется отношение

п" — п'

£ ■----------

п

или

п /

О) --------- (О

В = ----------

(О

Заменив в этих выражениях числа оборотов и угловые скорости через их значения

п" —п + Ап и п = п — Ап или ш" = ш Дш и ш' — ш — Дш, получим следующие уравнения:

(383)

Так как приращения угловой скорости Дш невелики, то можно счи - іать, что

о/ - J - О)"

и тогда значение степени нечувствительности будет равно

О)" — со' — со’ со' 4- со"

£ = ----------- — ----------- . ---- !----

со со 2 to

и окончательно

Так как при изменении угловой скорости в пределах от ш' до ш" муфта не перемещается, то г осіается постоянным и величины центро» бежной силы С будут согласно уравнению (372) прямо пропорциональны квадрату угловой скорости ш.

На основании этого можно написать следующее выражение:

где С' и С" — величины центробежных сил в кг при числе оборотов вала п и я" в минуту.

Изменение центробежной силы при изменении числа оборотов вала регулятора с я до я' или п" в минуту будет равно

и

АС = гС. (387)

Сопоставляя условия равновесия регулятора при изменении числа оборотов на Ап, можно величину перестановочной силы приравнять приращению центробежной силы, т. е.

W = АС = гС. (388)

Величина степени нечувствительности в регуляторах паровых машин обычно лежит в пределах є = 2-ч-7в,0.

Желательно иметь регулятор с небольшой степенью нечувствитель­ности, однако чрезмерно малое ее значение может привести к тому, что регулятор будет реагировать на колебания угловой скорости вала в те­чение одного оборота, вызываемые непостоянной величиной крутящего момента машины. Чтобы избежать этого явления, степень нечувстви­тельности регулятора должна быть больше степени неравномерности хода машины, т. е. є > 8Ж.

Степень неравномерности хода машины определяется уравнением

ср

где штах> штіп и т'ср ~~ наибольшее, наименьшее и среднее значения угловой скорости коренного вала машины в течение одного оборота в 1/сек.

На фиг. 166,а помимо теоретической С-характеристики (линия АВ) пунктиром нанесены С-характеристики регулятора с учетом нечувстви­тельности (линии А'В' и А"В"). Для построения этих характеристик от точек, лежащих на теоретической характеристике, вверх и вниз отло­жены отрезки АС, представляющие величину изменения центробежной силы при изменении числа оборотов на величину Ап.

Нечувствительность регулятора приводит к тому, что максимальное число оборотов вала (при холостом ходе машины) получает следующее значение:

Ч - -- ^2 “Ь 0,5s - Я2 = Я2 (1 - j - 0,5є) об/мин (390)

(точка В" на С-характеристике), минимальное же число оборотов (при максимально кратковременной нагрузке) составит

ят1п = пх — Ля = я, — 0,5г>пх = «j(l — 0,5е) об/мин (391) (точка А').

Ввиду этого полная степень неравномерности регу­лятора может быть выражена следующим образом:

^ Птах Нщїп Я2 -]- 0,5s' її? Тії ~i~ 0,5s • П __

tlcp її-ср

— пі і 0.5e (n2 -|- nt)

и окончательно

5 = ьт + є. (392)

Выполненные регуляторы для паровых машин различных типов имеют значения полной степени неравномерности в пределах 8 = 2 - f-12°/0.

Натяг пружины регулятора оказывает большое влияние на С-харак­теристику, поэтому необходимо построить график характеристики пру­жины.

По оси абсцисс в масштабе откладывается деформация пружины соответственно положению грузов, а по оси ординат, также в масштабе, — усилия, вызывающие данную деформацию пружины. Поэтому, изменяя предварительный натяг пружины регулятора, можно в определенных пределах изменять характеристику регулятора, что в практике часто и осуществляется.

Работоспособностью регулятора называется произведе­ние среднего значения центробежной силы на величину полного пере­мещения центра груза в направлении центробежной силы, т. е.

L = Сср (гmax Гш! п) — Ссрй KZM. (393)

В каждом регуляторе величину потребной его работоспособности определяют силы, воздействующие на него. К числу таких сил отно­сятся полезная сила, необходимая для перестановки регулирующих орга­нов, и неполезная, расходуемая на преодоление трения.

Таким образом, чем больше эти действующие на регулятор силы, тем большей должна быть и работоспособность регулятора.

Существует много различных конструкций регуляторов, передвигаю­щих муфту, в основу работы которых положена описанная схема (фиг. 165).

На фиг. 167, а изображен регулятор, долгие годы устанавливавшийся на производимых Людиновским заводом передвижных локомобилях классов А и Д.

Указанный регулятор состоит из двух угловых грузов-маятников /, подвешенных на шарнирах 2 к корпусу 3, вращающемуся вместе в валом (шпинделем) регулятора 7.

При вращении регулятора грузы расходятся, ролики 5 на концах рычагов давят на диск 4, поднимая при этом корпус 3 вверх по валу 7.

Муфта 8 действует на рычаг 9 и поворачивает валик 10, связанный посредством муфты 12 (фиг. 167,б) с осью поворотного дроссельного клапана 11, регулирующего поступление пара в золотниковую коробку.

Привод к регуляторам, передвигающим муфту, лучше всего осуще­ствлять посредством шарнирной цепи или при помощи зубчатой пере­дачи. Ременная передача, хотя и наиболее простая и доступная, обладает существенными недостатками. Ремень может ослабевать и скользить, а также порваться, что может привести к разносу машины.

В настоящее время в связи с применением более совершенного коли­чественного регулирования регуляторы, передвигающие муфту, почти перестали применяться в локомобилестроении.