ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС Российский патент 1995 года по МПК F04B9/04 

Изобретение относится к области гидравлических машин, конкретнее к насосам высокого давления, содержащим прецизионные плунжерные пары (например, насосы систем топливоподачи дизелей, насосы-лубрикаторы для подачи смазки).

Известен топливный насос, содержащий корпус с парой цилиндр-плунжер, установленный на сои в корпусе рычаг с роликом, контактирующим с приводным кулачком, толкатель, сопряженный с корпусом по цилиндрической повеpхности и установленный соосно плунжеру между его сферическим торцем и рычагом с возможностью контакта с последним посредством самоустанавливающейся опоры скольжения со сферическими поверхностями; плунжер снабжен пружиной ведения на такте всасывания.

Существенными недостатками известной конструкции являются значительные потери на трение, износ и снижение ресурса, обусловленные тpением скольжения между элементами самоустанавливающейся опоры, между опорой и торцем толкателя, передачей силы трения между опорой и толкателем на цилиндрические направляющие между толкателем и корпусом и дополнительными потерями на трение в этих направляющих. Кроме того, качательное движение рычага сопровождается смещением опоры относительно оси толкателя, это эксцентричное нагружение толкателя создает момент сил в направляющих толкателя и увеличивает потери на трение.

Целью изобретения является повышение механического КПД и надежности насоса путем снижения потерь на трение, износа, повышения ресурса.

Положительный эффект достигается новыми элементами конструкции, обеспечивающими взаимодействие толкателя с плунжером и рычагом в условиях трения качения.

На чертеже изображен насос в осевом разрезе.

Насос содержит корпус 1, в котором установлены нагнетательный клапан 2 с пружиной 3 и направляющей втулкой 4, наполнительный клапан 5, плунжер 6, рычаг 7 на оси 8, зафиксированной в проушине 9 корпуса, ролик 10 на оси 11, расположенной в проушине рычага 7, толкатель 12, сопряженный одним концом с плунжером, а другим с выпуклым (сферическим или цилиндрическим) дном отверстия в рычаге.

Для повышения технологичности выпуклое дно выполнено в виде отдельного элемента вкладыша 13, рабочая (опорная) поверхность которого, контактирующая с толкателем, расположена в плоскости, проходящей через ось 8 перпендикулярно оси плунжера в его среднем между двумя крайними положении, т.е. точка контакта при колебаниях рычага расположена симметрично под уголом α по обе стороны от указанной плоскости. Толкатель выполнен в виде стержня с двумя опорными головками и плоскими торцами на концах. Боковая поверхность головкаи, контактирующей с вкладышем 13, выполнена конической с углом конусности 2 α. Боковая поверхность второй головки, сопряженной с плунжером, выполнена коничеcкой с углом конусности примерно 0,5.1^о или (для простоты) цилиндрической, но с боковым зазором между головкой и отверстием, допускающим поворот на указанный угол. Острые кромки головок скруглены радиусом 0,5.1 мм.

Опорная поверхность плунжера, сопряженная с толкателем, выполнена сферической; возможно исполнение этого торца плунжера плоским, а головки толкателя сферической.

Внутренний конец плунжера со стороны рабочей полости имеет глухое осевое отверстие, в котором установлена возвратная пружина 14. Диаметр отверстия и толщина цилиндрической оболочки (юбки) на внутреннем конце плунжера выбираются из условия обеспечения упругости и податливости, достаточной для расширения юбки под действием внутреннего давления, возникающего в процессе нагнетания топлива, на величину 0,5.1 мкм, т.е. в пределах диаметрального зазора плунжерной пары. Для этого, например, плунжер с наружным диаметром 10 мм при давлении нагнетания 300 бар должен иметь осевое отверстие порядка 6 мм (толщина стенки 2 мм).

Ролик 10 сопряжен с кулачком 15, снабженным приводом вращательного движения, например, кинематически связанным с силовым валом двигателя.

Ролик, плунжер, толкатель и вкладыш выполнены из материала высокой твердости, например из закаленной подшипниковой стали ШХ15.

Действует насос следующим образом. При вращении кулачка 15 рычаг 7 с роликом 10 совершает колебательное движение с амплитудой 2 α, симметричной относительно плоскости, перпендикулярной к оси плунжера.

Головка толкателя 12, сопряженная с вкладышем 13, при повороте рычага перекатывается в условиях трения качения по сферической поверхности вкладыша; вторая головка толкателя передает усилие плунжеру, который, сжимая пружину 14 и топливо в рабочей полости, совершает рабочий ход, при этом топливо через нагнетательный клапан 2 под высоким давлением подается к форсункам.

В процессе нагнетания избыточное давление в осевом отверстии плунжера упруго разжимает юбку плунжера, которая в пределах 1 мкм приобретает бочкообразную форму, зазор в плунжерной паре уменьшается примерно до 0,5 мкм.

При обратном ходе плунжера под действием пружины 14 осуществляется наполнение рабочей полости через клапан 5.

Сопряжение плоских торцев толкателя со сферическими поверхностями вкладыша и плунжера позволяет обеспечить трение качения в эти опорах, минимизировать потери на трение, снизить требования к условиям смазки, устранить радиальные усилия и изгибающие моменты на плунжере, благодаря чему радикально уменьшить износ и увеличить ресурс плунжерной пары.

Использование: в гидравлических машинах, в частности в насосах высокого давления, содержащих прецизионные плунжерные пары. Сущность изобретения: сопряжение плоских торцев толкателя со сферическими поверхностями вкладыша и плунжера позволяет обеспечить трение качения в опорах и, следовательно, уменьшить износ и увеличить ресурс плунжерной пары. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС, содержащий корпус с парой цилиндр плунжер, установленный с возможностью качания относительно закрепленной в корпусе оси рычага с роликом, установленным с возможностью взаимодействия с приводным кулачком, толкатель, сопряженный с корпусом по цилиндрической поверхности и установленный соосно с плунжером между его сферическим торцом и рычагом с возможностью контакта с последним, причем по меньшей мере одна из контактирующих поверхностей имеет выпуклую поверхность, а плунжер снабжен пружиной ведения на такте всасывания, отличающийся тем, что, с целью повышения механического КПД и надежности, рычаг в зоне контакта с толкателем снабжен цилиндрическим углублением и размещенным в нем опорным вкладышем для образования выпуклой поверхности, толкатель в зоне контакта с вкладышем имеет плоскую торцевую поверхность, выполненную перпендикулярно оси толкателя, и участок конической боковой поверхности с основанием по контуру указанной торцевой поверхности, при этом точка контакта торца толкателя с выпуклой поверхностью вкладыша расположена в плоскости, проходящей через ось качания рычага перпендикулярно оси плунжера при нахождении последнего в среднем между крайними положениями его хода. 2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что выпуклая поверхность опорного вкладыша выполнена сферической. 3. Насос по п. 1, отличающийся тем, что выпуклая поверхность опорного вкладыша выполнена цилиндрической.