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摘要：本文介绍了RQV-K型调速器的工作原理以及如何将其改为船用的方法与实现。车用调速器与船用调速器原理相通，但区别明显：车用调速器的调速率较高，一般在12%以上；船用调速器的调速率较低，在8%以内。改型的重点也是难点在于如何匹配调速器飞块与调速弹簧间的关系以降低调速器的调速率。另外，如何设计校正板型线以满足油泵喷油量指标也是实现改型的关键。
关键词：调速器；车用改船用；匹配；调速率；校正板型线；喷油量
1 任务由来
随着燃油价格的不断上涨，以及社会对环境的日益关注，市场越来越注重发动机的排放，因此如何降低发动机排放是发动机行业及其配套油泵行业迫切的任务。某油泵公司生产的PB油泵匹配RSV型船用调速器装在发动机上时，在发动机启动、加速过程中排放极差，排放的烟浓而黑，持续时间长，用户意见很大。所以该公司希望我公司将RQV-K型车用调速器（原配P7100油泵）进行改型，使之与PB油泵匹配，优化PB油泵的喷油量，降低发动机在启动、加速过程中的排放，满足用户的需求。
2 改型可行性分析
2.1 RQV-K与RSV型调速器相比的优、缺点
RQV-K型调速器与RSV型调速器相比，各有优缺点。两者的工作原理基本相同，都是离心式机械调速器原理，即通过飞块感受油泵转速的变化，再利用杠杆机构将飞块张开一收缩的变化传递到油泵的调节齿杆上，实现对油泵喷油量的控制，从而起到调速的作用。
RQV-K型车用调速器与RSV型调速器相比具有以下优点：
（1）RQV-K型车用调速器具有油量校正机构，能够对油泵喷油量进行校正。
（2）能有效控制发动机启动时的加浓油量，降低排放。
（3）无齿轮增速机构，转速低，振动与噪声小，可靠性高。
（4）杠杆比可变，在怠速及全油门时具有不同的杠杆比。
同时，RQV-K型车用调速器与RSV型调速器相比也有以下缺点：
（1）RQV-K型车用调速器调速率高。
（2）RQV-K型车用调速器结构相对复杂，调试难度较大。
2.2 可行性分析
RQV-K型车用调速器的（1）（2）条优点正好能够满足用户的需求。那么如何降低调速率就成为此次改型成败的关键。
PB油泵（用户要求）与P7100油泵调试参数对比如表1所示。
调速器的调速率=（n2-n1）/n1×100%，其中n1为起飞点转速，n2为停油点转速。从表1中数据可以得出：
PB油泵的调速器要求调速率为（835-775）/775×100%7.74%。
P7100油泵的调速器要求调速率为（1350-1200）/1200×100%=12.5%。
从上述数据可以看出，RQV-K型调速器的在匹配P7100油泵时的调速率很高，为12.5%，若改为船用，则调速率要降到7.74%，难度很大。所以，首先要进行改型的可行性分析。
从表1中的数据可以得出：当PB喷油泵在飞锤起飞点至停油点即转速从775 r/min上升至835 r/min时，喷油泵调节齿杆位移量为17.44-4.57=12.88mm；若RQV-K型调速器配PB油泵，由于此时调速器的杠杆比约为1：5.2，则在这段转速变化内，滑动轴的位移量为12.88÷5.2≈2.48 mm。当RQV-K型调速器配P7100油泵，在飞锤起飞点至停油点即在转速从1200 r/min上升至1325 r/min时，喷油泵调节齿杆的位移量为11.22-1.6=9.62 mm，滑动轴的位移量为9.62÷5.2=1.85mm。两者之间滑动轴的位移量相差2.48-1.85=0.63 mm。由于调速杠杆的放大作用，虽然在飞锤起飞点至停油点的过程中，PB油泵与P7100油泵的调节齿杆的位移量相差12.88-9.62=3.26mm，但滑动轴的位移量只有0.63 mm。因此，通过改变调速弹簧与飞锤之间的匹配，能够实现PB油泵的调速率要求，改型是可行的。
3 改型
此次改型的工作主要有两项内容，即调速弹簧的设计与校正板型线设计。
3.1 调速弹簧的设计
原RQV-K型调速器有3种调速弹簧：调速内弹簧、调速中弹簧、调速外弹簧。其中调速内弹簧又称高速簧，只在高速时起作用。在设计时考虑到PB油泵转速低的特点，调速弹簧总刚度较小，于是取消了调速内弹簧，只保留了调速中弹簧、调速外弹簧。
3.1.1 调速弹簧总刚度的估算
根据调速器的工作原理，飞锤的离心力F离与调速弹簧的弹力在不同的转速下互相平衡。根据公式F离=m·r·ω2=m·r·（2π·n
60）2，F离同转速的平方与飞锤旋转半径成正比。参照表1中，起飞点与停油点的参数，计算出RQV-K型调速器配PB油泵时调速弹簧总刚度为其配P7100油泵时的1/4～1/5。
现RQV-K型调速器配P7100油泵时的弹簧总刚度为23.8+34.5+7=75.3N/mm，由此估算调速弹簧总刚度为15～19N/m。
3.1.2 调速中弹簧、调速外弹簧的刚度分配与验证
计算出调速弹簧总刚度后，需要将刚度合理分配给调速中弹簧与调速外弹簧，并验证其刚度是否符合要求。因PB油泵与P7100油泵怠速点相差不多，同时参考表1，取调速外弹簧刚度4～7 N/mm，调速中弹簧刚度9～13 N/mm。
在产品试制过程中，将调速外弹簧、调速中弹簧刚度在各自的估算刚度范围内各分成5组，交互配对试验，要求既能满足怠速特性，又要符合调速率的要求，选取效果做好的一组。通过大量的试验验证，最后确定调速外弹簧刚度为6.1 N/mm，调速中弹簧刚度为9.9 N/mm，如此搭配效果最为理想。 3.2 校正板型线设计
校正板型线要根据油泵的喷油量特性进行设计。
PB油泵全油门的喷油量特性表如表2所示。
从表2可以看出，原PB油泵配RSV型调速器时，由于没有校正机构对其喷油量进行校正，调节齿杆在加速过程中始终在油量最大位置，使油泵在低转速时喷油量过高，导致排放的烟色极差，烟色为黑色，5米内不可见物；且持续时间长，可持续12～15秒。这样的排放，既增加了油耗，又污染环境。
而目标喷油量就是在油泵转速升高时，喷油量还能保持在稳定的状态，既能保证加速特性（油量小则转速在全负荷时加不上去），又可以降低排放。实际过程中，在各转速下得到完全不变的喷油量是非常困难的，用户的实际要求为喷油量特性趋近于直线，以低速段小于目标值为佳。
根据表2中油泵喷油量特性，再参照表1的相关数据，通过计算和实验验证，将校正板型线按图1设计。
在全油门状态下，随着不同的转速，摇架刀口将在A，B，C，D面上移动：转速由300 r/min上升到350 r/min，摇架刀口在A面上并向B面移动，在350 r/min左右时，摇架刀口应在A，B面的交线处；转速继续上升，通过杠杆机构的调整，摇架刀口在B面上移动直至转速约500 r/min时到达C面；当转速升至约700 r/min时，摇架刀口达到D面，直至到达标定转速750r/min（n）以及1 h功率（过负荷功率）转速775 r/min。在转速达到一定值（导向板与导向板挡钉接触）即起飞点时，调速器开始起作用，随着飞锤张开，通过杠杆机构将调节齿杆向油量减小的方向运动，直至油量减小至油泵转速（发动机转速）在某一个转速稳定。
3.3 结果
调速弹簧及校正版的设计不是一次就完成的，是在不断的实验中逐步完善的。调速弹簧及校正版的设计是否能够满足用户的需求，就是调速器装在油泵上，最终得到的油泵喷油量来体现。
最终得到的喷油量见表3。
将油泵装在主机厂的发动机上进行验证，结果如下：
（1）启动时排放烟色淡，时间短；
（2）全负荷加速稳定，排放烟色淡，时间短，为4～6 s；
（3）调速率约为7%，满足不大于8%的要求；
以上结果符合用户的要求。
4 改型结果
在配试过程中客户增加了一些要求，我们也必须满足这些要求。经过三次配试，我们不断改进、完善产品调速弹簧及校正板的设计，同时也摸索出一套完整的调试方法，并对客户的相关人员进行了培训，使其能够独立完成产品的装配及调试。
在主机厂发动机上调试，我们的产品能够很好地满足要求：
（1）怠速带负荷能力满足。
（2）启动时排放烟色淡，时间短。
（3）全负荷加速稳定，排放烟色淡，时间短，为4～6 s。
（4）调速率约为7%，满足不大于8%的要求。
最终将2台带改进型RQV-K调速器的PB泵与350马力的发动机配套装在渔船上进行实地验证，解决了发动机的排放问题，用户基本满意。此次改型成功完成。
关键词：调速器；车用改船用；匹配；调速率；校正板型线；喷油量
1 任务由来
随着燃油价格的不断上涨，以及社会对环境的日益关注，市场越来越注重发动机的排放，因此如何降低发动机排放是发动机行业及其配套油泵行业迫切的任务。某油泵公司生产的PB油泵匹配RSV型船用调速器装在发动机上时，在发动机启动、加速过程中排放极差，排放的烟浓而黑，持续时间长，用户意见很大。所以该公司希望我公司将RQV-K型车用调速器（原配P7100油泵）进行改型，使之与PB油泵匹配，优化PB油泵的喷油量，降低发动机在启动、加速过程中的排放，满足用户的需求。
2 改型可行性分析
2.1 RQV-K与RSV型调速器相比的优、缺点
RQV-K型调速器与RSV型调速器相比，各有优缺点。两者的工作原理基本相同，都是离心式机械调速器原理，即通过飞块感受油泵转速的变化，再利用杠杆机构将飞块张开一收缩的变化传递到油泵的调节齿杆上，实现对油泵喷油量的控制，从而起到调速的作用。
RQV-K型车用调速器与RSV型调速器相比具有以下优点：
（1）RQV-K型车用调速器具有油量校正机构，能够对油泵喷油量进行校正。
（2）能有效控制发动机启动时的加浓油量，降低排放。
（3）无齿轮增速机构，转速低，振动与噪声小，可靠性高。
（4）杠杆比可变，在怠速及全油门时具有不同的杠杆比。
同时，RQV-K型车用调速器与RSV型调速器相比也有以下缺点：
（1）RQV-K型车用调速器调速率高。
（2）RQV-K型车用调速器结构相对复杂，调试难度较大。
2.2 可行性分析
RQV-K型车用调速器的（1）（2）条优点正好能够满足用户的需求。那么如何降低调速率就成为此次改型成败的关键。
PB油泵（用户要求）与P7100油泵调试参数对比如表1所示。
调速器的调速率=（n2-n1）/n1×100%，其中n1为起飞点转速，n2为停油点转速。从表1中数据可以得出：
PB油泵的调速器要求调速率为（835-775）/775×100%7.74%。
P7100油泵的调速器要求调速率为（1350-1200）/1200×100%=12.5%。
从上述数据可以看出，RQV-K型调速器的在匹配P7100油泵时的调速率很高，为12.5%，若改为船用，则调速率要降到7.74%，难度很大。所以，首先要进行改型的可行性分析。
从表1中的数据可以得出：当PB喷油泵在飞锤起飞点至停油点即转速从775 r/min上升至835 r/min时，喷油泵调节齿杆位移量为17.44-4.57=12.88mm；若RQV-K型调速器配PB油泵，由于此时调速器的杠杆比约为1：5.2，则在这段转速变化内，滑动轴的位移量为12.88÷5.2≈2.48 mm。当RQV-K型调速器配P7100油泵，在飞锤起飞点至停油点即在转速从1200 r/min上升至1325 r/min时，喷油泵调节齿杆的位移量为11.22-1.6=9.62 mm，滑动轴的位移量为9.62÷5.2=1.85mm。两者之间滑动轴的位移量相差2.48-1.85=0.63 mm。由于调速杠杆的放大作用，虽然在飞锤起飞点至停油点的过程中，PB油泵与P7100油泵的调节齿杆的位移量相差12.88-9.62=3.26mm，但滑动轴的位移量只有0.63 mm。因此，通过改变调速弹簧与飞锤之间的匹配，能够实现PB油泵的调速率要求，改型是可行的。
3 改型
此次改型的工作主要有两项内容，即调速弹簧的设计与校正板型线设计。
3.1 调速弹簧的设计
原RQV-K型调速器有3种调速弹簧：调速内弹簧、调速中弹簧、调速外弹簧。其中调速内弹簧又称高速簧，只在高速时起作用。在设计时考虑到PB油泵转速低的特点，调速弹簧总刚度较小，于是取消了调速内弹簧，只保留了调速中弹簧、调速外弹簧。
3.1.1 调速弹簧总刚度的估算
根据调速器的工作原理，飞锤的离心力F离与调速弹簧的弹力在不同的转速下互相平衡。根据公式F离=m·r·ω2=m·r·（2π·n
60）2，F离同转速的平方与飞锤旋转半径成正比。参照表1中，起飞点与停油点的参数，计算出RQV-K型调速器配PB油泵时调速弹簧总刚度为其配P7100油泵时的1/4～1/5。
现RQV-K型调速器配P7100油泵时的弹簧总刚度为23.8+34.5+7=75.3N/mm，由此估算调速弹簧总刚度为15～19N/m。
3.1.2 调速中弹簧、调速外弹簧的刚度分配与验证
计算出调速弹簧总刚度后，需要将刚度合理分配给调速中弹簧与调速外弹簧，并验证其刚度是否符合要求。因PB油泵与P7100油泵怠速点相差不多，同时参考表1，取调速外弹簧刚度4～7 N/mm，调速中弹簧刚度9～13 N/mm。
在产品试制过程中，将调速外弹簧、调速中弹簧刚度在各自的估算刚度范围内各分成5组，交互配对试验，要求既能满足怠速特性，又要符合调速率的要求，选取效果做好的一组。通过大量的试验验证，最后确定调速外弹簧刚度为6.1 N/mm，调速中弹簧刚度为9.9 N/mm，如此搭配效果最为理想。 3.2 校正板型线设计
校正板型线要根据油泵的喷油量特性进行设计。
PB油泵全油门的喷油量特性表如表2所示。
从表2可以看出，原PB油泵配RSV型调速器时，由于没有校正机构对其喷油量进行校正，调节齿杆在加速过程中始终在油量最大位置，使油泵在低转速时喷油量过高，导致排放的烟色极差，烟色为黑色，5米内不可见物；且持续时间长，可持续12～15秒。这样的排放，既增加了油耗，又污染环境。
而目标喷油量就是在油泵转速升高时，喷油量还能保持在稳定的状态，既能保证加速特性（油量小则转速在全负荷时加不上去），又可以降低排放。实际过程中，在各转速下得到完全不变的喷油量是非常困难的，用户的实际要求为喷油量特性趋近于直线，以低速段小于目标值为佳。
根据表2中油泵喷油量特性，再参照表1的相关数据，通过计算和实验验证，将校正板型线按图1设计。
在全油门状态下，随着不同的转速，摇架刀口将在A，B，C，D面上移动：转速由300 r/min上升到350 r/min，摇架刀口在A面上并向B面移动，在350 r/min左右时，摇架刀口应在A，B面的交线处；转速继续上升，通过杠杆机构的调整，摇架刀口在B面上移动直至转速约500 r/min时到达C面；当转速升至约700 r/min时，摇架刀口达到D面，直至到达标定转速750r/min（n）以及1 h功率（过负荷功率）转速775 r/min。在转速达到一定值（导向板与导向板挡钉接触）即起飞点时，调速器开始起作用，随着飞锤张开，通过杠杆机构将调节齿杆向油量减小的方向运动，直至油量减小至油泵转速（发动机转速）在某一个转速稳定。
3.3 结果
调速弹簧及校正版的设计不是一次就完成的，是在不断的实验中逐步完善的。调速弹簧及校正版的设计是否能够满足用户的需求，就是调速器装在油泵上，最终得到的油泵喷油量来体现。
最终得到的喷油量见表3。
将油泵装在主机厂的发动机上进行验证，结果如下：
（1）启动时排放烟色淡，时间短；
（2）全负荷加速稳定，排放烟色淡，时间短，为4～6 s；
（3）调速率约为7%，满足不大于8%的要求；
以上结果符合用户的要求。
4 改型结果
在配试过程中客户增加了一些要求，我们也必须满足这些要求。经过三次配试，我们不断改进、完善产品调速弹簧及校正板的设计，同时也摸索出一套完整的调试方法，并对客户的相关人员进行了培训，使其能够独立完成产品的装配及调试。
在主机厂发动机上调试，我们的产品能够很好地满足要求：
（1）怠速带负荷能力满足。
（2）启动时排放烟色淡，时间短。
（3）全负荷加速稳定，排放烟色淡，时间短，为4～6 s。
（4）调速率约为7%，满足不大于8%的要求。
最终将2台带改进型RQV-K调速器的PB泵与350马力的发动机配套装在渔船上进行实地验证，解决了发动机的排放问题，用户基本满意。此次改型成功完成。