СПОСОБ ПРОВЕРКИ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ПЛУНЖЕРНОЙ ПАРЫ Российский патент 1994 года по МПК F02M65/00 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к испытанию топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано при диагностике плунжерной пары топливовпрыскивающего насоса дизеля.

Известен способ проверки гидравлической плотности плунжерной пары, заключающийся в определении времени перемещения плунжера во втулке на заданную величину активного хода под действием падающего груза заданного веса.

Недостатком способа является зависимость получаемого показателя гидравлической плотности от изменения вязкости испытательной смеси, что в условиях ремонтного производства, не имеющего термостатированных помещений, решающим образом снижает точность и достоверность результатов.

Известен способ проверки гидравлической плотности плунжерной пары, заключающийся в определении времени перемещения плунжера во втулке на заданную величину активного хода при подключенной к надплунжерной полости испытуемой пары надплунжерной полости дополнительной пары, плунжер которой перемещается синхронно с плунжером испытуемой пары в направлении уменьшения объема совмещенных полостей.

Недостаток данного способа состоит в низких технических возможностях управления объемом прокачиваемой через зазоры испытательной смеси, ограниченных только изменением диаметра дополнительного плунжера.

Известен способ проверки гидроплотности плунжерной пары, заключающийся в определении времени перемещения плунжера во втулке на заданную величину активного хода при подключенной к надплунжерной полости испытуемой пары надплунжерной полости дополнительной пары, плунжер которой перемещается с более высокой скоростью относительно скорости плунжера испытуемой пары, что обеспечивается с помощью передаточного механизма с регулируемым передаточным отношением. Этот способ проверки гидроплотности плунжерной пары выбран в качестве прототипа.

Недостатками способа проверки гидроплотности плунжерной пары являются сравнительно невысокая точность и трудность сопоставления результатов, полученных при испытании плунжерных пар идентичного технического состояния на различных устройствах, используемых поставщиком и потребителями плунжерных пар. Это связано, во-первых, с тем, что фактически определяют гидроплотность комплекса испытуемая пара - дополнительная пара, следовательно, оценка гидроплотности испытуемой пары зависит от гидроплотности дополнительной пары и соотношения этих гидроплотностей, во-вторых, с тем, что в прототипе нет указания на известность оптимизированного значения этого соотношения и пределов изменения признака, в которых наиболее полно проявляется положительный эффект.

Можно представить такое состояние дополнительной плунжерной пары, когда вследствие большого зазора в ее сопряжении весь объем аккумулированной в надплунжерных полостях испытательной смеси вытесняется наружу через этот зазор и тогда исправная испытуемая пара из-за низкой общей гидроплотности комплекса диагностируется как неисправная. По мере уменьшения зазора и соответствующего роста гидроплотности дополнительной пары утечки перераспределяются между плунжерными парами, а гидроплотность всего комплекса возрастает до тех пор, пока утечки через зазор в дополнительной паре не приблизятся к нулю, в этот момент можно ожидать независимости гидроплотности комплекса от зазора (технического состояния) дополнительной пары. Следовательно, допустимо предположить о наличии некоторых пределов изменения зазора в дополнительной паре, в которых в наибольшей мере проявляется положительный эффект.

Целью изобретения является повышение точности и меры сопоставимости результатов проверки гидроплотности плунжерной пары на различных устройствах.

Для этого в способе, заключающемся в определении времени перемещения плунжера во втулке на заданную величину активного хода при подключенной к надплунжерной полости испытуемой плунжерной пары надплунжерной полости дополнительной плунжерно пары, плунжер которой перемещается во втулке синхронно с плунжером испытуемой пары в направлении уменьшения общего объема совмещенных полостей, заполненных испытательной смесью, в качестве дополнительной плунжерной пары используют плунжерную пару с зазором, отношение которого к зазору в испытуемой плунжерной паре находится в пределах K = 0,20-1,20.

Указанное соотношение впервые установлено и подтверждено экспериментальными исследованиями с дополнительными плунжерными парами, различающимися величиной радиального зазора. Получено также теоретическое обоснование указанных пределов и показано скачкообразное изменение исследуемого существенного признака.

На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства для осуществления способа проверки гидроплотности плунжерной пары; на фиг. 2 - расчетные графики зависимости оценочного показателя гидроплотности испытуемой пары от зазора в дополнительной плунжерной паре для различных конструктивных и кинематических параметров L и m; на фиг. 3 - расчетные графики изменения гидроплотности испытуемой пары от зазора в дополнительной паре при различных значениях диаметра дополнительного плунжера; на фиг. 4 - то же, при различных значениях зазора в испытуемой плунжерной паре; на фиг. 5 - график экспериментальной зависимости оценочного показателя гидроплотности от зазора в испытуемой плунжерной паре.

Устройство для осуществления предлагаемого способа (фиг. 1) содержит корпус 1 с постоянно установленной в нем дополнительной плунжерной парой, состоящей из втулки 2 и плунжера 3, и подключаемой на время проверки испытуемой плунжерной парой, включающей втулку 4 и плунжер 5, которые соединены между собой гидравлически посредством канала 6, полость которого вместе с надплунжерными полостями образуют совместный объем, заполняемый испытательной смесью заданной вязкости (обычно 9,9-10,9 сСт). Устройство снабжено также механизмом 7 осевой нагрузки плунжеров, который выполнен регулируемым для обеспечения различия скоростей движения плунжеров 3 и 5 под действием падающего груза Q. Заполнение надплунжерной полости испытуемой плунжерной пары испытательной смесью осуществляют через наполнительное окно 8 во втулке 4. Для упрощения расчетов и логических выкладок на фиг. 1 представлена схема плунжерной пары с одним окном 8, выполняющим функции наполнительного и отсечного окна. Способ применим и для проверки гидроплотности плунжерной пары с раздельными наполнительными и отсечными окнами.

Устройство работает следующим образом.

В корпус 1 с установленной в нем дополнительной парой на время испытания размещают испытуемую плунжерную пару и, подняв плунжер 5 так, чтобы открылось окно 8, заполняют самотеком полость прибора испытательной смесью, после чего освобождают падающий груз Q, который через механизм 7 воздействует на плунжеры 3 и 5 и перемещает их одновременно в осевом направлении, сжимая смесь в надплунжерной полости до давления Р. Механизм 7 может быть выполнен, например, в виде зубчато-реечной передачи так, чтобы перемещение дополнительного плунжера 3 в единицу времени в m раз превосходило перемещение плунжера 5 (m > 0), что необходимо для увеличения объема прокачиваемой через зазор в испытуемой плунжерной паре испытательной смеси.

В момент освобождения падающего груза Q начинают отсчет времени, который заканчивают после открытия кромкой плунжера 5 отсчетного окна 8 и мгновенного падения груза. Полученный отрезок времени принимают в качестве оценочного показателя гидроплотности испытуемой пары. Количественно данный показатель зависит как от зазора в испытуемой плунжерной паре, так и от зазора в дополнительной плунжерной паре, следовательно, он оценивает гидравлическую плотность всего комплекса испытуемая - дополнительная плунжерные пары. Поэтому при использовании собственных устройств с дополнительными парами различного технического состояния, определяемого зазором в паре, потребители будут иначе оценивать техническое состояние испытуемых плунжерных пар, нежели поставщик этих пар. Кроме того, случайная погрешность определения собственно гидроплотности испытуемой плунжерной пары суммируется с погрешностью гидроплотности дополнительной пары, вследствие чего погрешность определения гидроплотности комплекса испытуемой и дополнительной плунжерных пар выше погрешности гидроплотности одной испытуемой плунжерной пары, что снижает точность и сопоставимость результатов.

Уравнение баланса расхода испытательной смеси в устройстве, для дополнительной пары которого длина уплотнения постоянна (L_о = const), имеет следующий вид
Δ q_и + Δ q_д = Δ V_и + Δ V_д (1) где Δ q_и - утечки через зазор в испытуемой плунжерной паре за отрезок времени, Δτ_к;
Δ q_д - то же, в дополнительной плунжерной паре;
Δ V_и - изменение объема надплунжерной полости испытуемой плунжерной пары за время Δτ_к;
Δ V_д - то же, для дополнительной пары.

Введем следующие обозначения величин, относящихся к устройству:
D - диаметр плунжера 5 испытуемой пары;
D_д - диаметр плунжера 3 дополнительной пары;
δ - радиальный зазор в испытуемой паре;
δ_д - радиальный зазор в дополнительной паре;
h - заданный активный ход плунжера 5;
h_д - перемещение плунжера 3 в соответствии с ходом плунжера 5;
L_о - длина уплотнения плунжер 3 - втулка 2;
х - длина уплотнения в зоне отсечной кромки плунжера 5 в момент времени τ ;
d_х - перемещение плунжера 5 за время d τ .

Дополнительные обозначения, производные от указанных, вводятся с целью избавления от размерностей; K = δ_д/δ; m = h_д/h_τ; n = D_д/D; = L_o/h; A = L_o/nK³ .

После подстановки в уравнение (1) известных математических выражений для расчета утечек через зазоры в испытуемой и дополнительной плунжерных парах и изменения объемов надплунжерных полостей получают дифференциальное уравнение процесса dτ_к= -[3μD(mn²+1)] /(Pδ³)·(Ax²-Ahx)/(x²-hx-Ah)·dx , (2)где μ - абсолютная вязкость испытательной смеси;
Р - давление в надплунжерной полости от падающего груза.

Интегрированием (2) получаем расчетное математическое выражение для гидроплотности

В полученном МВ безразмерные величины характеризуют параметры дополнительной плунжерной пары:
m - перемещение плунжера 3 за время τ_к или передаточное отношение в механизме 7 (касается относительных перемещений плунжеров);
n - диаметр дополнительного плунжера 3;
L - длина уплотнения во втулке 2;
К - зазор в дополнительной плунжерной паре устройства.

Проанализируем изменение функции (3) или оценочного показателя τ_к гидроплотности испытуемой плунжерной пары от изменения зазора К в дополнительной плунжерной паре для различных значений других параметров , m, n и δ , для чего примем следующие значения постоянных:
μ = 8,5 ˙ 10^-3 Н ˙ c/м²,
D = 9 ˙ 10^-3 м,
h = 3 ˙ 10^-3 м,
Р = 20 ˙ 10⁶ Н/м² (Па),
δ = 10^-6 м.

На графике (фиг. 2) представлены зависимости τ_к от К для некоторых значений L (кривая 1 L = 1, кривая 2 L = 2 кривая 3 L = 3, кривая 4 L = 4, кривая 5 L = 5, при этом m = = 4, n = 1). Анализ этих зависимостей показывает, что в некоторых малых пределах К им присуща почти плоская вершина, а при увеличении К до 2-3 заметно резкое снижение гидроплотности τ_к. Кривые 6-10 (кривая 10 совпадает с кривой 5) получены для следующих значений m соответственно: 6-0,5; 7-1; 8-2; 9-3; 10-4, где L = 5, n = 1, и также характеризуются плоской вершиной для малых К.

Анализ кривых 1-10 (фиг. 2) показывает, что при малых К значениях зазора в дополнительной плунжерной паре, т. е. высокой плотности, изменение ее гидроплотности не оказывает заметного влияния на оценочный показатель гидроплотности испытуемой пары, иными словами существуют некоторые пределы изменения признака К, в которых в наибольшей мере проявляется положительный эффект более высокой точности и сопоставимости результатов, при этом обнаруживается скачкообразность изменения признака.

На фиг. 3 представлены кривые 11-15 зависимостей τ_к от К при следующих значениях параметра n соответственно: 0,5; 1; 1,5; 2 и 2,5. Эти кривые также имеют плоскую вершину в области К < 1, что подтверждает заключение о слабом влиянии зазора в дополнительной плунжерной паре в некотором интервале его изменения. Характер кривых τ_к-К не изменяется и для случаев, когда используется дополнительная плунжерная пара с К = const, а изменяется зазор в испытуемой плунжерной паре.

На фиг. 4 представлены графические зависимости τ_к от К для трех различных значений зазора δ в испытуемой плунжерной паре (кривая 16 δ = 1 мкм, кривая 17 δ = 1,5 мкм, кривая 18 δ = 2 мкм). Кривые 16-18 также плосковершинные, указывают на уменьшение гидроплотности при К > 1.

Приведенные зависимости (фиг. 2-4) объясняются известными экспериментальными зависимостями и данными о характере зависимости гидроплотности прецизионных пар от зазора, где условно можно выделить два участка: первый - зазор мал, но гидроплотность велика и сильно зависит от изменения зазора, второй зазор сравнительно большой, а гидроплотность мала и слабо зависит от зазора. В рассматриваемом случае при малых зазорах гидроплотность дополнительной пары высока и не влияет на гидроплотность всего комплекса, последняя зависит только от плотности (зазора) испытуемой пары. Этот эффект проявляется в основном при малых К, что и показано на фиг. 2-4.

Проведена экспериментальная проверка зависимостей гидроплотности τ_к от зазора К, для чего использовалась одна испытуемая пара с зазором δ = 0,8 мкм и двенадцать вариантов зазора в дополнительной плунжерной паре К (К = 0,38, 0,50, 0,63, 0,88, 1, 1,25, 1,5, 2 и 2,5). Полученная экспериментальная зависимость представлена на фиг. 5, откуда следует, что при малых значениях К (в эксперименте от 0,38 до 1,25) гидроплотность τ_к слабо зависит от зазора в дополнительной паре.

Для установления пределов изменения признака К, при которых в наиболее полной мере проявляется положительный эффект, воспользуемся известным допуском на точность определения гидроплотности плунжерных пар. Точность проверки гидроплотности плунжерной пары и сопоставимость результатов достаточны, если два последних измерения времени падения груза устройства различаются между собой не более чем на Δ = 5-10% (эти результаты признаются как бы одинаковыми). На фиг. 2 и 3 графически нанесен допуск Δ = 5% , откуда следует, что заданная точность (до 10% ) может быть обеспечена при изменении К в пределах ≈ 0,2-1,2. При больших значениях К, например при К = 1,5, гидроплотность τ_к уменьшалась в эксперименте (фиг. 5) в 2,3 раза, при К = 2 - в 2,8 раза, при К = 2,5 - в 4,2 раза по сравнению с гидроплотностью при К = 0,5. При изменении К от 0,5 до 1 (вдвое) гидроплотность уменьшилась с 45 до 37,6 - 42 с, т. е. лишь на 7-20% , тогда как при изменении К от 1,25 до 2,5 гидроплотность уменьшилась с 29,4-33 до 10,8 с или в 2,7-3,1 раза, т. е. наблюдается скачкообразное снижение гидроплотности. За пределами выше К = 1, 2 дополнительный эффект не наблюдается, т. к. изменение τ_к превосходит существующий допуск. Использование К < 0,2 лишено смысла, поскольку зазор в серийных плунжерных парах, подаваемых на контроль, обычно больше величины 0,3 мкм.

В способе проверки гидравлической плотности плунжерных пар, когда используют допонительную плунжерную пару с относительным зазором К = 0,2-1,2, удается значительно повысить точность и сопоставимость результатов проверки гидроплотности плунжерной пары у поставщика и потребителей. Соблюдение этого условия у обеих сторон обеспечивается подбором дополнительной пары с учетом указания, из каких селективных групп собрана проверяемая пара. Достаточно широкие пределы К не потребуют частой смены дополнительной пары при испытании различных пар. (56) Авторское свидетельство СССР N 969931, кл. F 02 M 65/00, 1979.

Использование: двигателестроение, в частности диагностика плунжерной пары топливовпрыскивающего насоса дизеля. Сущность изобретения: проверка гидравлической плотности плунжерной пары с предварительным измерением зазора в испытуемой плунжерной паре, после чего доводят или подбирают дополнительную плунжерную пару так, чтобы отношение зазора в испытуемой паре к зазору в дополнительной паре находилось в пределах 0,2 - 1,2. 5 ил.

СПОСОБ ПРОВЕРКИ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ПЛУНЖЕРНОЙ ПАРЫ, заключающийся в том, что к надплунжерной полости испытуемой плунжерной пары подключают надплунжерную полость дополнительной плунжерной пары, плунжер которой под нагрузкой перемещается во втулке синхронно с плунжером испытуемой плунжерной пары в направлении уменьшения объема совмещенных полостей, измеряют время перемещения плунжера испытуемой плунжерной пары во втулке на заданную величину активного хода, по времени перемещения судят о состоянии испытуемой плунжерной пары, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности проверки, предварительно определяют зазор в испытуемой плунжерной паре, доводят дополнительную плунжерную пару так, чтобы отношение зазора в испытуемой плунжерной паре к зазору в дополнительной плунжерной паре находилось в пределах 0,2 - 1,2.