張瑛

摘要：本文介紹了RQV-K型調(diào)速器的工作原理以及如何將其改為船用的方法與實(shí)現(xiàn)。車用調(diào)速器與船用調(diào)速器原理相通，但區(qū)別明顯：車用調(diào)速器的調(diào)速率較高，一般在12%以上；船用調(diào)速器的調(diào)速率較低，在8%以內(nèi)。改型的重點(diǎn)也是難點(diǎn)在于如何匹配調(diào)速器飛塊與調(diào)速彈簧間的關(guān)系以降低調(diào)速器的調(diào)速率。另外，如何設(shè)計(jì)校正板型線以滿足油泵噴油量指標(biāo)也是實(shí)現(xiàn)改型的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：調(diào)速器；車用改船用；匹配；調(diào)速率；校正板型線；噴油量

1 任務(wù)由來

隨著燃油價(jià)格的不斷上漲，以及社會(huì)對環(huán)境的日益關(guān)注，市場越來越注重發(fā)動(dòng)機(jī)的排放，因此如何降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放是發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)及其配套油泵行業(yè)迫切的任務(wù)。某油泵公司生產(chǎn)的PB油泵匹配RSV型船用調(diào)速器裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、加速過程中排放極差，排放的煙濃而黑，持續(xù)時(shí)間長，用戶意見很大。所以該公司希望我公司將RQV-K型車用調(diào)速器（原配P7100油泵）進(jìn)行改型，使之與PB油泵匹配，優(yōu)化PB油泵的噴油量，降低發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)、加速過程中的排放，滿足用戶的需求。

2 改型可行性分析

2.1 RQV-K與RSV型調(diào)速器相比的優(yōu)、缺點(diǎn)

RQV-K型調(diào)速器與RSV型調(diào)速器相比，各有優(yōu)缺點(diǎn)。兩者的工作原理基本相同，都是離心式機(jī)械調(diào)速器原理，即通過飛塊感受油泵轉(zhuǎn)速的變化，再利用杠桿機(jī)構(gòu)將飛塊張開一收縮的變化傳遞到油泵的調(diào)節(jié)齒桿上，實(shí)現(xiàn)對油泵噴油量的控制，從而起到調(diào)速的作用。

RQV-K型車用調(diào)速器與RSV型調(diào)速器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）RQV-K型車用調(diào)速器具有油量校正機(jī)構(gòu)，能夠?qū)τ捅脟娪土窟M(jìn)行校正。

（2）能有效控制發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的加濃油量，降低排放。

（3）無齒輪增速機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)速低，振動(dòng)與噪聲小，可靠性高。

（4）杠桿比可變，在怠速及全油門時(shí)具有不同的杠桿比。

同時(shí)，RQV-K型車用調(diào)速器與RSV型調(diào)速器相比也有以下缺點(diǎn)：

（1）RQV-K型車用調(diào)速器調(diào)速率高。

（2）RQV-K型車用調(diào)速器結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，調(diào)試難度較大。

2.2 可行性分析

RQV-K型車用調(diào)速器的（1）（2）條優(yōu)點(diǎn)正好能夠滿足用戶的需求。那么如何降低調(diào)速率就成為此次改型成敗的關(guān)鍵。

PB油泵（用戶要求）與P7100油泵調(diào)試參數(shù)對比如表1所示。

調(diào)速器的調(diào)速率=（n₂-n₁）/n₁×100%，其中n₁為起飛點(diǎn)轉(zhuǎn)速，n₂為停油點(diǎn)轉(zhuǎn)速。從表1中數(shù)據(jù)可以得出：

PB油泵的調(diào)速器要求調(diào)速率為（835-775）/775×100%7.74%。

P7100油泵的調(diào)速器要求調(diào)速率為（1350-1200）/1200×100%=12.5%。

從上述數(shù)據(jù)可以看出，RQV-K型調(diào)速器的在匹配P7100油泵時(shí)的調(diào)速率很高，為12.5%，若改為船用，則調(diào)速率要降到7.74%，難度很大。所以，首先要進(jìn)行改型的可行性分析。

從表1中的數(shù)據(jù)可以得出：當(dāng)PB噴油泵在飛錘起飛點(diǎn)至停油點(diǎn)即轉(zhuǎn)速從775 r/min上升至835 r/min時(shí)，噴油泵調(diào)節(jié)齒桿位移量為17.44-4.57=12.88mm；若RQV-K型調(diào)速器配PB油泵，由于此時(shí)調(diào)速器的杠桿比約為1：5.2，則在這段轉(zhuǎn)速變化內(nèi)，滑動(dòng)軸的位移量為12.88÷5.2≈2.48 mm。當(dāng)RQV-K型調(diào)速器配P7100油泵，在飛錘起飛點(diǎn)至停油點(diǎn)即在轉(zhuǎn)速從1200 r/min上升至1325 r/min時(shí)，噴油泵調(diào)節(jié)齒桿的位移量為11.22-1.6=9.62 mm，滑動(dòng)軸的位移量為9.62÷5.2=1.85mm。兩者之間滑動(dòng)軸的位移量相差2.48-1.85=0.63 mm。由于調(diào)速杠桿的放大作用，雖然在飛錘起飛點(diǎn)至停油點(diǎn)的過程中，PB油泵與P7100油泵的調(diào)節(jié)齒桿的位移量相差12.88-9.62=3.26mm，但滑動(dòng)軸的位移量只有0.63 mm。因此，通過改變調(diào)速彈簧與飛錘之間的匹配，能夠?qū)崿F(xiàn)PB油泵的調(diào)速率要求，改型是可行的。

3 改型

此次改型的工作主要有兩項(xiàng)內(nèi)容，即調(diào)速彈簧的設(shè)計(jì)與校正板型線設(shè)計(jì)。

3.1 調(diào)速彈簧的設(shè)計(jì)

原RQV-K型調(diào)速器有3種調(diào)速彈簧：調(diào)速內(nèi)彈簧、調(diào)速中彈簧、調(diào)速外彈簧。其中調(diào)速內(nèi)彈簧又稱高速簧，只在高速時(shí)起作用。在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到PB油泵轉(zhuǎn)速低的特點(diǎn)，調(diào)速彈簧總剛度較小，于是取消了調(diào)速內(nèi)彈簧，只保留了調(diào)速中彈簧、調(diào)速外彈簧。

3.1.1 調(diào)速彈簧總剛度的估算

根據(jù)調(diào)速器的工作原理，飛錘的離心力F離與調(diào)速彈簧的彈力在不同的轉(zhuǎn)速下互相平衡。根據(jù)公式F_離=m·r·ω²=m·r·（2π·n

60）²，F(xiàn)_離同轉(zhuǎn)速的平方與飛錘旋轉(zhuǎn)半徑成正比。參照表1中，起飛點(diǎn)與停油點(diǎn)的參數(shù)，計(jì)算出RQV-K型調(diào)速器配PB油泵時(shí)調(diào)速彈簧總剛度為其配P7100油泵時(shí)的1/4～1/5。

現(xiàn)RQV-K型調(diào)速器配P7100油泵時(shí)的彈簧總剛度為23.8+34.5+7=75.3N/mm，由此估算調(diào)速彈簧總剛度為15～19N/m。

3.1.2 調(diào)速中彈簧、調(diào)速外彈簧的剛度分配與驗(yàn)證

計(jì)算出調(diào)速彈簧總剛度后，需要將剛度合理分配給調(diào)速中彈簧與調(diào)速外彈簧，并驗(yàn)證其剛度是否符合要求。因PB油泵與P7100油泵怠速點(diǎn)相差不多，同時(shí)參考表1，取調(diào)速外彈簧剛度4～7 N/mm，調(diào)速中彈簧剛度9～13 N/mm。

在產(chǎn)品試制過程中，將調(diào)速外彈簧、調(diào)速中彈簧剛度在各自的估算剛度范圍內(nèi)各分成5組，交互配對試驗(yàn)，要求既能滿足怠速特性，又要符合調(diào)速率的要求，選取效果做好的一組。通過大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，最后確定調(diào)速外彈簧剛度為6.1 N/mm，調(diào)速中彈簧剛度為9.9 N/mm，如此搭配效果最為理想。

3.2 校正板型線設(shè)計(jì)

校正板型線要根據(jù)油泵的噴油量特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。

PB油泵全油門的噴油量特性表如表2所示。

從表2可以看出，原PB油泵配RSV型調(diào)速器時(shí)，由于沒有校正機(jī)構(gòu)對其噴油量進(jìn)行校正，調(diào)節(jié)齒桿在加速過程中始終在油量最大位置，使油泵在低轉(zhuǎn)速時(shí)噴油量過高，導(dǎo)致排放的煙色極差，煙色為黑色，5米內(nèi)不可見物；且持續(xù)時(shí)間長，可持續(xù)12～15秒。這樣的排放，既增加了油耗，又污染環(huán)境。

而目標(biāo)噴油量就是在油泵轉(zhuǎn)速升高時(shí)，噴油量還能保持在穩(wěn)定的狀態(tài)，既能保證加速特性（油量小則轉(zhuǎn)速在全負(fù)荷時(shí)加不上去），又可以降低排放。實(shí)際過程中，在各轉(zhuǎn)速下得到完全不變的噴油量是非常困難的，用戶的實(shí)際要求為噴油量特性趨近于直線，以低速段小于目標(biāo)值為佳。

根據(jù)表2中油泵噴油量特性，再參照表1的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，將校正板型線按圖1設(shè)計(jì)。

在全油門狀態(tài)下，隨著不同的轉(zhuǎn)速，搖架刀口將在A，B，C，D面上移動(dòng)：轉(zhuǎn)速由300 r/min上升到350 r/min，搖架刀口在A面上并向B面移動(dòng)，在350 r/min左右時(shí)，搖架刀口應(yīng)在A，B面的交線處；轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，通過杠桿機(jī)構(gòu)的調(diào)整，搖架刀口在B面上移動(dòng)直至轉(zhuǎn)速約500 r/min時(shí)到達(dá)C面；當(dāng)轉(zhuǎn)速升至約700 r/min時(shí)，搖架刀口達(dá)到D面，直至到達(dá)標(biāo)定轉(zhuǎn)速750r/min（n）以及1 h功率（過負(fù)荷功率）轉(zhuǎn)速775 r/min。在轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值（導(dǎo)向板與導(dǎo)向板擋釘接觸）即起飛點(diǎn)時(shí)，調(diào)速器開始起作用，隨著飛錘張開，通過杠桿機(jī)構(gòu)將調(diào)節(jié)齒桿向油量減小的方向運(yùn)動(dòng)，直至油量減小至油泵轉(zhuǎn)速（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）在某一個(gè)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。

3.3 結(jié)果

調(diào)速彈簧及校正版的設(shè)計(jì)不是一次就完成的，是在不斷的實(shí)驗(yàn)中逐步完善的。調(diào)速彈簧及校正版的設(shè)計(jì)是否能夠滿足用戶的需求，就是調(diào)速器裝在油泵上，最終得到的油泵噴油量來體現(xiàn)。

最終得到的噴油量見表3。

將油泵裝在主機(jī)廠的發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如下：

（1）啟動(dòng)時(shí)排放煙色淡，時(shí)間短；

（2）全負(fù)荷加速穩(wěn)定，排放煙色淡，時(shí)間短，為4～6 s；

（3）調(diào)速率約為7%，滿足不大于8%的要求；

以上結(jié)果符合用戶的要求。

4 改型結(jié)果

在配試過程中客戶增加了一些要求，我們也必須滿足這些要求。經(jīng)過三次配試，我們不斷改進(jìn)、完善產(chǎn)品調(diào)速彈簧及校正板的設(shè)計(jì)，同時(shí)也摸索出一套完整的調(diào)試方法，并對客戶的相關(guān)人員進(jìn)行了培訓(xùn)，使其能夠獨(dú)立完成產(chǎn)品的裝配及調(diào)試。

在主機(jī)廠發(fā)動(dòng)機(jī)上調(diào)試，我們的產(chǎn)品能夠很好地滿足要求：

（1）怠速帶負(fù)荷能力滿足。

（2）啟動(dòng)時(shí)排放煙色淡，時(shí)間短。

（3）全負(fù)荷加速穩(wěn)定，排放煙色淡，時(shí)間短，為4～6 s。

（4）調(diào)速率約為7%，滿足不大于8%的要求。

最終將2臺帶改進(jìn)型RQV-K調(diào)速器的PB泵與350馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)配套裝在漁船上進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證，解決了發(fā)動(dòng)機(jī)的排放問題，用戶基本滿意。此次改型成功完成。