RQV—K型調速器車用改型船用的方法與實現

張瑛

摘要：本文介紹了RQV-K型調速器的工作原理以及如何將其改為船用的方法與實現。車用調速器與船用調速器原理相通，但區別明顯：車用調速器的調速率較高，一般在12%以上；船用調速器的調速率較低，在8%以內。改型的重點也是難點在于如何匹配調速器飛塊與調速彈簧間的關系以降低調速器的調速率。另外，如何設計校正板型線以滿足油泵噴油量指標也是實現改型的關鍵。

關鍵詞：調速器；車用改船用；匹配；調速率；校正板型線；噴油量

1 任務由來

隨著燃油價格的不斷上漲，以及社會對環境的日益關注，市場越來越注重發動機的排放，因此如何降低發動機排放是發動機行業及其配套油泵行業迫切的任務。某油泵公司生產的PB油泵匹配RSV型船用調速器裝在發動機上時，在發動機啟動、加速過程中排放極差，排放的煙濃而黑，持續時間長，用戶意見很大。所以該公司希望我公司將RQV-K型車用調速器（原配P7100油泵）進行改型，使之與PB油泵匹配，優化PB油泵的噴油量，降低發動機在啟動、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型調速器相比的優、缺點

RQV-K型調速器與RSV型調速器相比，各有優缺點。兩者的工作原理基本相同，都是離心式機械調速器原理，即通過飛塊感受油泵轉速的變化，再利用杠桿機構將飛塊張開一收縮的變化傳遞到油泵的調節齒桿上，實現對油泵噴油量的控制，從而起到調速的作用。

RQV-K型車用調速器與RSV型調速器相比具有以下優點：

（1）RQV-K型車用調速器具有油量校正機構，能夠對油泵噴油量進行校正。

（2）能有效控制發動機啟動時的加濃油量，降低排放。

（3）無齒輪增速機構，轉速低，振動與噪聲小，可靠性高。

（4）杠桿比可變，在怠速及全油門時具有不同的杠桿比。

同時，RQV-K型車用調速器與RSV型調速器相比也有以下缺點：

（1）RQV-K型車用調速器調速率高。

（2）RQV-K型車用調速器結構相對復雜，調試難度較大。

2.2 可行性分析

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

PB油泵（用戶要求）與P7100油泵調試參數對比如表1所示。

調速器的調速率=（n₂-n₁）/n₁×100%，其中n₁為起飛點轉速，n₂為停油點轉速。從表1中數據可以得出：

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

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

從上述數據可以看出，RQV-K型調速器的在匹配P7100油泵時的調速率很高，為12.5%，若改為船用，則調速率要降到7.74%，難度很大。所以，首先要進行改型的可行性分析。

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

3 改型

此次改型的工作主要有兩項內容，即調速彈簧的設計與校正板型線設計。

3.1 調速彈簧的設計

原RQV-K型調速器有3種調速彈簧：調速內彈簧、調速中彈簧、調速外彈簧。其中調速內彈簧又稱高速簧，只在高速時起作用。在設計時考慮到PB油泵轉速低的特點，調速彈簧總剛度較小，于是取消了調速內彈簧，只保留了調速中彈簧、調速外彈簧。

3.1.1 調速彈簧總剛度的估算

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

60）²，F_離同轉速的平方與飛錘旋轉半徑成正比。參照表1中，起飛點與停油點的參數，計算出RQV-K型調速器配PB油泵時調速彈簧總剛度為其配P7100油泵時的1/4～1/5。

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

3.1.2 調速中彈簧、調速外彈簧的剛度分配與驗證

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

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

3.2 校正板型線設計

校正板型線要根據油泵的噴油量特性進行設計。

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型調速器時，由于沒有校正機構對其噴油量進行校正，調節齒桿在加速過程中始終在油量最大位置，使油泵在低轉速時噴油量過高，導致排放的煙色極差，煙色為黑色，5米內不可見物；且持續時間長，可持續12～15秒。這樣的排放，既增加了油耗，又污染環境。

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

根據表2中油泵噴油量特性，再參照表1的相關數據，通過計算和實驗驗證，將校正板型線按圖1設計。

在全油門狀態下，隨著不同的轉速，搖架刀口將在A，B，C，D面上移動：轉速由300 r/min上升到350 r/min，搖架刀口在A面上并向B面移動，在350 r/min左右時，搖架刀口應在A，B面的交線處；轉速繼續上升，通過杠桿機構的調整，搖架刀口在B面上移動直至轉速約500 r/min時到達C面；當轉速升至約700 r/min時，搖架刀口達到D面，直至到達標定轉速750r/min（n）以及1 h功率（過負荷功率）轉速775 r/min。在轉速達到一定值（導向板與導向板擋釘接觸）即起飛點時，調速器開始起作用，隨著飛錘張開，通過杠桿機構將調節齒桿向油量減小的方向運動，直至油量減小至油泵轉速（發動機轉速）在某一個轉速穩定。

3.3 結果

調速彈簧及校正版的設計不是一次就完成的，是在不斷的實驗中逐步完善的。調速彈簧及校正版的設計是否能夠滿足用戶的需求，就是調速器裝在油泵上，最終得到的油泵噴油量來體現。

最終得到的噴油量見表3。

將油泵裝在主機廠的發動機上進行驗證，結果如下：

（1）啟動時排放煙色淡，時間短；

（2）全負荷加速穩定，排放煙色淡，時間短，為4～6 s；

（3）調速率約為7%，滿足不大于8%的要求；

以上結果符合用戶的要求。

4 改型結果

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。經過三次配試，我們不斷改進、完善產品調速彈簧及校正板的設計，同時也摸索出一套完整的調試方法，并對客戶的相關人員進行了培訓，使其能夠獨立完成產品的裝配及調試。

在主機廠發動機上調試，我們的產品能夠很好地滿足要求：

（1）怠速帶負荷能力滿足。

（2）啟動時排放煙色淡，時間短。

（3）全負荷加速穩定，排放煙色淡，時間短，為4～6 s。

（4）調速率約為7%，滿足不大于8%的要求。

最終將2臺帶改進型RQV-K調速器的PB泵與350馬力的發動機配套裝在漁船上進行實地驗證，解決了發動機的排放問題，用戶基本滿意。此次改型成功完成。