摘要： 调速器是柴油发电机组的核心控制部件，其主要作用是改变柴油机油量调节机构的位置，使转速稳定在规定的范围内。柴油机不同转速和负荷的调节，本质上是通过改变循环喷油量来实现的——欲使柴油机功率与外界负荷相适应，就必须及时调整喷油量。为了使柴油机在选定转速下稳定运行，必须配备调速装置，通过它自动地改变喷油泵的供油量，以适应外界负荷的变化。本文以I号喷油泵调速器和B型喷油泵调速器为对象，系统介绍两种机械全程式调速器的构造组成、驱动方式及核心部件功能；详细阐述I号调速器在一般工况、冷启动、怠速、最高转速及超负荷五种工况下的自动调节原理，以及校正装置的工作过程；全面解析B型调速器的整体结构、杠杆机构、转速感应组件及微调装置，并说明其工作过程中的平衡调节机理；最后归纳两种调速器的核心差异、调试要点与日常维护注意事项，为柴油发电机调速系统的维护、调试与故障诊断提供技术参考。
一、I号喷油泵调速器
I号喷油泵调速器为机械全程式调速器，其构造如图1所示。该调速器主要由驱动件、飞球、调速弹簧、传动部分和操纵部分等组成，以下分别介绍其构造细节与工作原理。
1. I号喷油泵调速器的构造
（1）驱动件与飞球组件。I号喷油泵调速器的驱动件为具有60°锥面的驱动盘。在驱动盘的内侧有六个沿径向的半圆形凹槽。驱动盘压紧在驱动轴套上而与其连成一体，然后通过半圆键和锁紧螺母使其和喷油泵的凸轮轴相连。六个直径为25.4mm的飞球置于驱动盘的凹槽内，随驱动盘一起旋转。飞球另一侧为与轴线成45°锥面的推力盘，推力盘滑套在驱动轴套上。工作时飞球的离心力作用在推力盘上，其轴向分力使推力盘沿轴向滑动。套装在推力盘上的滑动轴承和传动板也随之移动。传动板上端套在供油拉杆上，因此供油拉杆也随之移动，从而改变供油量。
（2）调速弹簧与操纵机构。在调速器纵轴上套有一根扭簧，即调速弹簧（见图2）。扭簧两端压在滑套上，滑套端面则紧靠传动板，当传动板向左移动时，需要克服弹簧的压力。转动调速手柄即可改变扭簧的压力，因而改变了调速器起作用的转速。在操纵轴上装有调速限位块（如图1所示），它随调速手柄一道转动。顺时针转动调速手柄，使调速限位块上端与高速限位螺钉相碰时，调速弹簧的预紧力最大，对应于柴油机最高转速工况（一般即为标定转速）。逆时针转动调速手柄，使限位块下端与怠速限位螺钉相碰，调速弹簧的预紧力最小，对应于柴油机的最低转速工况。
图1 柴油机I号喷油泵调速器的构造
1-调速手柄；2-调速弹簧；3-高速限位螺钉；4-调速限位块；5-息速限位螺钉；6-油量限位螺钉；
7-滑套；8-校正弹簧；9-推力盘；10-飞球；11-驱动盘；12-凸轮轴；13-启动弹簧；
14-供油拉杆；15-停车手柄；16-停车弹簧；17-传动板
图2 柴油机操纵轴与调速弹簧
2. I号喷油泵调速器的工作原理
（1）一般工况。当调速手柄处于两个限位螺钉之间的任一位置时，柴油机将稳定到某一转速下工作，飞球的离心力与调速弹簧弹力处于平衡状态。如这时外界负荷发生变化而引起转速变化，飞球离心力与调速弹簧弹力失去平衡，调速器将自动调节供油量，使柴油机转速维持在原来转速附近变化较小的范围内。
（2）冷启动工况。柴油机冷态启动时，由于压缩终了时气缸内气体的压力和温度较低，不利于燃油的蒸发和混合气的形成。因此，要求喷油泵供给比正常情况下更多的柴油（称为启动加浓），才能保证一定的混合气成分。I号喷油泵调速器的启动加浓作用是由启动弹簧来实现的，如图3所示。当柴油机停车时，启动弹簧将供油拉杆拉到最左端，供油量达到较大的数值。柴油机启动时，由于转速较低，飞球离心力很小，不足以克服启动弹簧的拉力，因此使启动油量较大。柴油机启动后，转速迅速上升，飞球离心力即大于启动弹簧拉力，使供油拉杆右移而减小供油量，启动加浓则停止作用。
图3 柴油机启动工况与停车装置
（3）怠速工况。调速手柄转到限位块与怠速限位螺钉相碰时，则调速弹簧放松，预紧力最小，柴油机则稳定在最低转速下工作。调整怠速限位螺钉位置，可改变最低稳定转速。拧进时转速提高，反之降低。调整时应达到能使柴油机转速较低而又能稳定运转为佳。
（4）最高工作转速工况。调速手柄的限位块与高速限位螺钉相碰时，调速弹簧受到最大压缩而预紧力最大，柴油机处于最高转速工况下工作。如这时外界负荷减小，转速上升，飞球离心力将使供油拉杆向减小供油量方向移动，使柴油机输出转矩与负荷相平衡。如负荷全部卸去，调速器将使供油量减至最小，柴油机处于最高空转转速下工作。装有调速器的柴油机，最高空转转速与最高工作转速之间差距较小，一般在100～200r/min左右，因而起到防止柴油机超速运转发生“飞车”危险的作用。
（5）超负荷工况。工程机械、发电机组及拖拉机用的柴油机，在工作时经常会遇到短期阻力突然增大的情况。如柴油机已处于满负荷下工作，供油量已达到最大，这时如出现超负荷情况，柴油机转速会迅速降低而熄火。为了提高柴油机克服短期超负荷的能力，在全程式调速器中多装有校正装置。校正装置可使柴油机在超负荷时增加供油量15%～20%左右。供油量增加过多会因燃烧不完全而冒黑烟，使性能恶化和积炭增多，因而是不允许的。I号喷油泵调速器的校正装置与工作原理如图4所示。
图4 柴油机校正装置工作原理
图4（a）为无校正装置时的情况。当柴油机超负荷时，转速降到小于标定转速，飞球离心力的轴向分力Fa小于调速弹簧弹力Fe，于是滑套被压紧在油量限位螺钉凸肩上而不能继续左移，供油量不能再增加。图4（b）为有校正装置时，柴油机处于中等负荷时的情况。这时，校正弹簧8处于自由状态，且与滑套7间还留有间隙δ。图4（c）为柴油机在标定工况下工作时的情况。滑套刚开始与校正弹簧相接触，间隙δ消失，而滑套与油量限位螺钉的凸肩仍有间隙Δ2，此时供油拉杆处于标定油量位置。图4（d）为柴油机处于超负荷工作时的情况。由于曲轴转速下降，飞球离心力的轴向分力Fa减小。调速弹簧的弹力Fe大于Fa，迫使滑套左移，开始压缩校正弹簧。供油拉杆也相应向增加供油量方向移动少许，以克服超负荷。当滑套与油量限位螺钉凸肩相碰，校正油量达到最大。此时，校正弹簧的弹力Fj和飞球的轴向分力Fa两者相加与Fe相平衡。从滑套开始压缩校正弹簧到与凸肩相碰为止，供油拉杆所移动的距离称为校正行程。I号喷油泵调速器的最大校正行程为1.2～1.5mm。
（6）停机。由于带全程式调速器的喷油泵，操作员只能操纵调速弹簧的预紧力，而不能直接控制供油拉杆，因此当需要紧急停机时，必须还有专门的机构来停止供油。I号喷油泵调速器上装有紧急停机手柄，供紧急停机时使用。扳动紧急停车手柄，可使供油拉杆移至最右端，喷油泵即停止供油而使柴油机熄火。
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图3 柴油机启动工况与停车装置 |
图4 柴油机校正装置工作原理 |
二、B型喷油泵调速器
B型强化喷油泵所用调速器的结构如图5所示。目前4缸基本型柴油机上所用的调速器都是这种机械全程式调速器。以下从驱动方式、核心组件、杠杆机构、辅助装置及工作原理等方面对该调速器进行系统解析。
图5 柴油机B型喷油泵用全程式调速器
（1-盖帽；2-呼吸器；3-调速器前壳；4-摇杆；5-调速弹簧；6-拉杆弹簧；7-拉杆接头；8-齿杆连接销；9-齿杆；10-操纵轴；11-调速杠杆；12-滚轮；13-飞锤销；14-飞锤；15-托架；16-止推轴承；17,21-滚动轴承；18-伸缩轴；19-杠杆轴；20-飞锤支架；22-调速齿轮；23-凸轮轴；24-螺母；25-弹簧；26-弹簧座；27-缓冲弹簧；28-转速计传动轴；29-调速器后壳；30-放油螺钉；31-螺塞；32-拉杆支承块；33-滑轮；34-低速稳定器；35-停车手柄；36-扇形齿轮；37-低速限制螺钉；38-微量调速手轮；39-高速限制螺钉；40-螺套；41-机油）
1. 调速器的驱动与传动系统
（1）驱动方式与缓冲装置。调速器由装在喷油泵凸轮轴末端的调速齿轮部件驱动。调速齿轮部件内装有三片弹簧片，对突然改变转速能起缓冲作用，防止转速突变时飞锤与调速杠杆产生剧烈冲击，从而提高调速器工作的平稳性和耐久性。由于提高了调速飞锤的转速，其外形尺寸可设计得较小，有利于整体布置紧凑。
（2）飞锤组件与伸缩轴。两个重量相等的飞锤由飞锤销装在飞锤支架上。当飞锤随支架旋转时，离心力使飞锤向外张开或向内收拢，推动伸缩轴沿轴向移动。伸缩轴抵住调速杠杆部件中的滚轮，将飞锤的运动传递给杠杆系统。调速杠杆与喷油泵齿杆相连，调速弹簧的一端挂在调速杠杆上，另一端挂在调速弹簧摇杆上。摆动摇杆即可调节调速弹簧的拉力，从而改变调速器起作用的转速点。
（3）调速器操纵手柄形式。调速器操纵手柄按柴油机用途不同分为三种形式。其中微量调节操纵手柄用于要求转速较准确的直列式柴油机，特别适用于发电机组，可实现精细的转速调整。操纵机构上设有高速限制螺钉，用来限制柴油机的最高转速，即限制调速弹簧最大拉力时的手柄位置。在柴油机出厂时该螺钉已调整好，并加铅封，用户不得随意变动。
（4）转速表传动装置与润滑系统。调速器后壳端装有低速稳定器，可用以调节柴油机在低转速时的不稳定性。由于安装地位的关系，只有在6缸直列型柴油机的调速器后壳上才设有转速表传动装置接头。调速器前壳上装有停车手柄，当柴油机停车或需要紧急停车时，向右扳动停车手柄即可紧急停车。调速器润滑油与喷油泵不相通，加油时由调速器上盖板的加油口注入，油加到从机油平面螺钉孔口有油溢出为止。
2. 调速器杠杆机构与感应组件
（1）杠杆机构的组成与运动关系。杠杆机构由杠杆、拉杆弹簧、拉杆接头和齿杆连接销等组成。杠杆的支点在下端且固定不变，因此滚轮和拉杆支承块的位移比亦不变。当伸缩轴推动滚轮时，杠杆绕固定支点摆动，带动拉杆支承块移动，通过齿杆连接销将运动传递至喷油泵齿杆，从而改变供油量。拉杆弹簧用于消除各铰接点的间隙，减少传动系统中的迟滞，提高调速响应灵敏度。
（2）转速感应组件。感应组件由一对飞锤、飞锤销、飞锤支架、托架、伸缩轴和止推轴承等组成。柴油机工作时，曲轴通过喷油泵凸轮轴上的齿轮带动飞锤和飞锤支架旋转。当柴油机转速变化时，飞锤受离心力作用而向外张开或向内收缩，飞锤通过支架、止推轴承使伸缩轴右移或左移，并经杠杆系统传给供油拉杆，而改变供油量。
（3）调速弹簧组件。由调速弹簧等组成。改变手柄的位置时，摇杆随之转动，从而改变调速弹簧的预紧力。采用拉簧作调速器弹簧时，可将拉簧布置在飞锤上方，使调速器长度缩短，结构更加紧凑。操纵手柄的两个极限位置由高速限制螺钉和低速限制螺钉加以限制。
3. 辅助调节装置
（1）低速稳定器。调速器后壳上还装有低速稳定器，用以防止低速不稳。当柴油机怠速不稳时可将低速稳定器缓慢旋入，直至转速稳定为止。装有低速稳定器后，柴油机空载时，调速器杠杆已右移到使稳定器弹簧参与工作。但是，稳定器弹簧不能旋入过多，以免空载转速（突然卸载后的最大转速）过高而引起事故。低速稳定器的调节原则是：在不引起游车（转速周期性波动）的前提下，尽量保持较小旋入量，以保证突卸负荷时的转速飞升量在允许范围内。
（2）微调机构。发电用的柴油机调速器在其壳体右上方一般还装有一块扇形板的微调机构。当多台柴油发电机组并联工作时，可用此扇形板来调节柴油机调速率。调节时可旋松扇形板腰形孔上的螺母，慢慢转动扇形板至所需调速率的位置并加以固定。调速率调整后应进行并联运行测试，确认有功功率分配均衡方可正式投入运行。
（3）紧急停车装置。调速器前壳上装有停车手柄，当柴油机需要紧急停车时，向右扳动停车手柄即可使供油齿杆移至断油位置，柴油机立即熄火。该装置与I号调速器的停车手柄功能相同，是确保运行安全的重要保护措施。
4. 调速器工作过程分析
当柴油机在某一稳定工况工作时，飞锤的离心力与调速弹簧拉力及整套运转机构的摩擦力相平衡，于是飞锤、调速杠杆及各机件间的相互位置保持不变，则喷油泵的供油量不变，柴油机在某一转速下稳定运转。
（1）负荷减小时的调节过程。当柴油机负荷减低时，喷油泵供油量大于柴油机的需要量，于是柴油机转速增高，则飞锤的离心力大于调速弹簧的拉力，两者的平衡被破坏，飞锤向外张开，使伸缩轴向右移动，从而使调速杠杆绕杠杆轴向右摆动。此时调速弹簧即被拉伸，喷油泵的调节齿杆向右移动，供油量减少，转速降低，直至飞锤的离心力与调速弹簧的拉力再次达到平衡，这时柴油机就稳定在比负荷减少前略高的某一转速下运转。
（2）负荷增加时的调节过程。当柴油机负荷增加时，喷油泵供油量小于柴油机的需要量而引起转速降低，飞锤的离心力小于调速弹簧的拉力，调速弹簧即行收缩，调速杠杆使调节齿杆向左移动，供油量增加，转速回到飞锤的离心力与调速弹簧的拉力再次达到平衡时为止。此时柴油机稳定在比负荷增加前略低的某一转速运转。
（3）调速率的概念与调节。柴油机调速器操纵手柄位置不变时，负荷变化后新的稳定运转点的转速取决于所用调速器的调速率，而不同型号柴油机的调速率是根据不同的使用要求确定的。若要严格回到原来的转速则需调整调速器操纵手柄。发电用柴油机的调速率一般要求较严格（通常在3%～5%以内），以保证并联运行时各机组间有功功率稳定分配。
三、两种调速器的对比与维护要点
1. 结构差异与性能特点对比
（1）感应元件形式不同。I号调速器采用六个飞球置于驱动盘凹槽内，配合45°锥面推力盘将离心力转化为轴向推力；B型调速器采用两个飞锤通过飞锤销安装在支架上，通过伸缩轴直接推动杠杆。前者结构紧凑、感应元件数量多，运转更加平稳；后者结构更为简化，便于维修和调整。
（2）弹簧形式不同。I号调速器采用扭簧作为调速弹簧，通过转动操纵轴扭转弹簧实现预紧力调节；B型调速器采用拉簧，布置在飞锤上方，两者均能实现全程调速功能，但拉簧结构更便于直观调整和弹簧更换。
（3）启动加浓方式不同。I号调速器依靠启动弹簧实现冷启动加浓，停车时弹簧将供油拉杆拉至加浓位置，启动后飞球离心力自动解除加浓；B型调速器无独立启动弹簧，其启动加浓依赖于调速器全行程范围内齿杆的自然位置，启动时需手动将调速手柄置于启动位置。
2. 调试与校准要点
（1）高速限位螺钉的设定。高速限位螺钉在出厂时已精确调整并加铅封，用户不得随意变动。若因维修需要拆解后重新安装，必须在试验台上使用转速表标定，确保最高空转转速不超过额定转速的115%（一般限值为标定转速的1.05～1.10倍）。
（2）怠速稳定性的调整。怠速限位螺钉和低速稳定器共同决定最低稳定转速。调试时应先设定怠速限位螺钉至目标怠速（通常为标定转速的30%～40%），再缓慢旋入低速稳定器直至转速波动消除，但需验证突卸负荷后转速飞升量不超过最高空转限值。
（3）校正行程的检查。I号调速器的校正行程为1.2～1.5mm，B型调速器相应参数需根据具体机型维修手册确定。校正行程不足会导致超负荷时供油量增加不足，柴油机易熄火；校正行程过大则造成超负荷冒黑烟和过热。
3. 日常维护与故障预防
（1）润滑油管理。调速器润滑油与喷油泵不相通，须独立加注。应定期检查油位，确保从机油平面螺钉孔口有油溢出为止。使用推荐牌号的机油，每运行500小时更换一次润滑油，同时清洗调速器内部沉淀物。
（2）飞锤与轴承磨损检查。每运行1000小时应拆检飞锤销、伸缩轴端面和止推轴承的磨损情况。若滚轮与伸缩轴接触面出现明显凹痕，应更换新件。飞锤销松动或磨损会导致调速响应滞后和转速漂移。
（3）弹簧疲劳检查。调速弹簧长期处于交变应力下工作，应定期测量自由长度，若缩短量超过原始长度的5%即应更换。校正弹簧和启动弹簧同样应检查弹性和表面有无裂纹。
（4）操纵机构灵活性检查。定期操作调速手柄从怠速位置至高速位置全行程运动，应无卡滞或异响。高速限制螺钉铅封应保持完好，若有破损需重新标定并加封。
总结： I号喷油泵调速器和B型喷油泵调速器均为机械全程式调速器，其核心工作原理均基于飞球（或飞锤）离心力与调速弹簧弹力之间的动态平衡，通过感知转速变化自动调节供油拉杆位置，从而改变循环供油量，使柴油机转速稳定在设定范围内。I号调速器采用六飞球结构和扭簧式调速弹簧，具有启动加浓、怠速稳定、最高转速限止和超负荷校正等功能，校正装置可在短期超负荷时额外增加15%～20%的供油量，最大校正行程1.2～1.5mm。B型调速器采用双飞锤结构和拉簧式调速弹簧，适用于4缸及6缸直列型柴油机，其特点包括：调速齿轮内设缓冲弹簧片以平滑转速突变；后壳装有低速稳定器以抑制怠速波动；发电用机型配备扇形板微调机构，可实现多机并联时的调速率调节；前壳设紧急停车手柄，确保紧急情况下迅速切断供油。两种调速器虽结构形式不同，但均实现了柴油机从启动、怠速、额定工况到最高空转的全范围转速自动控制。维修调试时应严格按高速限位螺钉和怠速限位螺钉的设定值操作，不得随意变动铅封位置；日常维护中应确保调速器润滑油油位正常（与喷油泵不相通，需独立加注），并定期检查飞锤与伸缩轴的磨损情况，以保证调速器响应灵敏、动作可靠。
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