УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБКАТКИ ТОПЛИВОВПРЫСКИВАЮЩЕГО НАСОСА Российский патент 1997 года по МПК F02M65/00 

Изобретение относится к области двигателестроения и предназначено для обкатки топливовпрыскивающего насоса дизеля.

Известно устройство для обкатки топливовпрыскивающего насоса, соединенного при помощи топливопроводов с форсунками, содержащее топливный бак с фильтром и трубопроводами, электродвигатель и вал привода, связанный с кулачковым валом насоса [1]
Недостатком известного устройства является низкая эффективность вследствие слабой интенсивности приработки деталей по причине вялого динамического воздействия на детали топливовпрыскивающего насоса при изменении скоростного режима, а также растянутость процесса во времени, что снижает производительность.

Известно также устройство для обкатки топливовпрыскивающего насоса, соединенного топливопроводами с форсунками, содержащее топливный бак с фильтром и трубопроводами, электродвигатель и вал привода, связанный с кулачковым валом насоса через посредство кулисного механизма, кривошип которого установлен на валу привода, а вращающаяся кулиса связана с кулачковым валом насоса [2]
Недостатком данного устройства, выбранного в качестве прототипа, являются низкие технические возможности расширения режимов обкатки и усиления динамического воздействия на детали насоса в процессе обкатки в течение одного оборота вала привода. Принятый в приводе устройства кулисный механизм с вращающейся кулисой позволяет изменять угловую скорость кулисы от минимума до максимума только один раз за один оборот кривошипа приводного вала.

Задача изобретения расширение технических возможностей и режимов обкатки топливовпрыскивающего насоса.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для обкатки топливовпрыскивающего насоса, соединенного топливопроводами с форсунками, содержащем топливный бак с фильтром и трубопроводами, электродвигатель и вал привода, связанный с кулачковым валом насоса через посредство кулисного механизма, кривошип которого установлен на валу привода, а вращающаяся кулиса связана с кулачковым валом насоса, кривошип вала привода выполнен переменной длины, зависящей от угла поворота вала привода, соединительное звено между кривошипом и вращающейся кулисой выполнено в виде эксцентрика, установленного в теле кривошипа с возможностью вращения и снабженного механизмом привода планетарного типа, солнечная шестерня которого неподвижно закреплена на корпусе устройства соосно с валом привода, ведомая шестерня-сателлит закреплена на оси вращения эксцентрика. Также радиус ρ вращающегося эксцентрика на теле кривошипа выполняют так, чтобы выдержать соотношение r ≅ r_o- 2E, где r_o расстояние между осями вращения кривошипа и эксцентрика, Е - расстояние между осями вращения кривошипа и кулисы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для обкатки топливовпрыскивающего насоса; на фиг. 2 расчетная схема привода насоса (а схема при совпадающих направлениях вращения кривошипа и дополнительного эксцентрика, б схема при противоположном вращении кривошипа и эксцентрика, с промежуточной шестерней в планетарном механизме); на фиг. 3 графическая модель функционирования механизма (для совпадающих направлений вращения кривошипа и эксцентрика и передаточного отношения планетарного механизма m 2); на фиг. 4 то же (для противоположных направлений вращения кривошипа и эксцентрика и m -2, промежуточная шестерня при этом включена); на фиг. 5 графики зависимости изменения угла поворота (или аналога угловой скорости) кулисы от угла поворота кривошипа по результатам графического моделирования (1 случай отсутствия дополнительного эксцентрика в устройстве или эталонная зависимость; 2 случай совпадающих направлений вращения кривошипа и эксцентрика при m 2; 3 случай противоположного вращения, включенной промежуточной шестерни и m -2).

Устройство для обкатки топливовпрыскивающего насоса 1 (фиг. 1) содержит топливный бак 2 с фильтром и трубопроводами, через которые питается обкатываемый насос технологическим топливом. К секциям высокого давления насоса 1 с помощью топливопроводов 3 подключены стендовые форсунки 4, впрыскивающие топливо в мерное устройство 5. Привод насоса 1 включает электродвигатель 6 с блоком управления 7, клиноременную передачу 8, вал 9 с маховиком 10 и кривошипом 11, а также вращающуюся кулису 12.

Кривошип 11 выполнен переменной длины, зависящей от угла поворота кривошипа вокруг собственной оси, для чего на его теле с возможностью вращения установлен эксцентрик 13, связанный с кулисой 12 ползуном и приводимый во вращение вокруг оси собственной цапфы с помощью планетарного механизма, включающего шестерню-сателлит 14 на оси эксцентрика и солнечную шестерню 15, закрепленную неподвижно на корпусе устройства соосно валу привода 9. Между кулисным механизмом 11 12 13 и обкатываемым насосом 1 установлен редуктор 16, который в зависимости от целей испытания может быть повышающим [2] или понижающим [3] Для изменения направления вращения планетарный механизм снабжен промежуточной шестерней 17, установленной с возможностью отключения ее и перехода на прямую передачу и обратно.

Устройство для обкатки топливовпрыскивающего насоса 1 работает следующим образом. Насос готовят к обкатке и закрепляют на столе устройства, присоединяют к системе питания и сбора технологического топлива, с помощью соединительной муфты присоединяют к кулисе 12. Рычаг управления насоса переводят в положение подачи топлива, включают электродвигатель 6 и через клиноременную передачу 8 приводят во вращение приводной вал 9, кривошип 11 с эксцентриком 13, кулису 12 и, наконец, кулачковый вал насоса 1.

Кривошип 11 вращается равномерно вокруг своей оси, вместе с ним вокруг этой оси вращается эксцентрик 13 и увлекает за собой шестерню-сателлит 14, которая обкатывается по солнечной шестерне 15 и тем самым приводит в собственное вращение эксцентрик 13. Кулисный механизм предназначен для преобразования равномерного вращения кривошипа 11 в неравномерное вращение кулисы 12 и кулачкового вала насоса 1. Степень неравномерности вращения кулисы 12 определяется смещением Е осей вращения кривошипа 11 и кулисы 12 (фиг.2, а) и обеспечением соотношения Е≅0,5•r, где r радиус кривошипа 11. За один оборот кривошипа 11 в прототипе обеспечивается один оборот кулисы 12, в течение которого ее угловая скорость изменяется от своего минимума до максимума только один раз, т.е. имеют место только две седловые точки, минимума и максимума. Однако наличие вращающегося кривошипа 13 в заявляемом устройстве позволяет управлять числом седловых точек зависимости угловой скорости кулисы и кулачкового вала насоса от угла поворота кривошипа: достаточно менять путем перестановки солнечной шестерни и шестерни-сателлита передаточное отношение планетарного механизма и включать и выключать промежуточную шестерню 17 (фиг. 2, б). Вращение эксцентрика 13 обеспечивает дополнительный поворот или замедляет поворот кулисы 12, что значительно усложняет закон вращения кулисы и используется для расширения технических возможностей и режимов обкатки топливного насоса 1.

Ось вращения эксцентрика перемещается вместе с кривошипом по круговой траектории I, любая точка эксцентрика 13 вращается по собственной траектории II вокруг точки его соединения с кривошипом, наконец, точка его соединения с кулисой 12 вращается вокруг оси вращения кулисы по сложной траектории III, представляющей собой эпициклоиду (фиг.3) и гипоциклоиду (фиг. 4).

Наличие эксцентрика 13, приводимого во вращение относительно собственной оси с помощью планетарного механизма, обеспечивает дополнительное в течение одного цикла динамическое воздействие на кулачковый вал обкатываемого насоса 1 с частотой по числу петель эпи- и гипоциклоиды, при этом вследствие различия мгновенных радиусов вращения точки соединения эксцентрика с кулисой приращения угловой скорости кулисы различаются для эпи- и гипоциклоиды, поэтому можно считать, что в устройстве обеспечиваются две группы режимов управления угловой скоростью и ускорением кулисы путем изменения передаточного отношения в солнечной передаче, именно: режим эпициклоиды (или прямой ход при совпадении направлений вращения кривошипа и эксцентрика, фиг.3) и режим гипоциклоиды (или обратный ход при противоположном вращении кривошипа и эксцентрика с включенной промежуточной шестерней, фиг.4).

Cхемы взаимодействия кривошипа 11, эксцентрика 13 и кулисы 12 представлены на фиг. 3 и 4 для передаточного отношения в обоих случаях m 2, поэтому траектории имеют по две петли. Число петлей циклоид характеризует частоту динамического воздействия на обкатываемый насос.

Эффективность настоящего изобретения покажем с помощью метода графического моделирования процесса функционирования механизма привода обкатки топливного насоса при использовании дополнительного вращающегося эксцентрика, для чего графически представим взаимодействие кривошипа, эксцентрика и кулисы в зависимости от угла поворота кривошипа. В качестве исходного положения примем положение, когда углы поворота кривошипа и эксцентрика равны нулю, т.е. они расположены в одну линию, совпадающую с осью абсцисс (на фиг.3 или 4 это луч 0100'). В исходном положении кулиса в виде луча 021' наклонена к оси Х под углом Φ₄₀.

Будем поворачивать кривошип каждый раз на 30^o против часовой стрелки (положительное направление), а эксцентрик на угол в m раз больший, где m - передаточное отношение механизма, у нас в примере m 2 (фиг.3) или m -2 (фиг. 4) для противоположного направления. С помощью школьного транспортира (погрешность 1^o) измерим и нанесем на чертеж угол наклона кулисы для каждого угла поворота кривошипа и эксцентрика, после чего вычислим прирост угла поворота кулисы как разницу двух соседних значений этот прирост угла поворота кулисы представляет собой аналог угловой скорости вращения кулисы и, естественно, характеризует собой частоту и степень динамического воздействия на насос. Полученные при расчете значения аналога угловой скорости кулисы представлены в виде графиков зависимостей на фиг.5. С целью сопоставления на этом чертеже кривой 1 представлена зависимость аналога угловой скорости кулисы для случая отсутствия дополнительного эксцентрика (эталонная характеристика или характеристика прототипа), кривой 2 зависимость для случая совпадения направлений вращения кривошипа и эксцентрика, кривой 3 зависимость для случая противоположного вращения кривошипа и эксцентрика.

Зависимость аналога ΔΦ₄ угловой скорости кулисы от угла поворота кривошипа без дополнительного эксцентрика, представленная ломанной кривой 1 (фиг. 5), характеризуется одним минимумом и одним максимумом, поэтому за один поворот кривошипа кулачковый вал лишь один раз разгоняется и один раз замедляется, т.е. цикличность динамического воздействия невысока. При совпадении направлений вращения (кривая 2, фиг. 5) цикличность нагружения и перепад скоростей для минимума и максимума возрастают. В случае противоположных направлений вращения (кривая 3) резко возрастает позитивный перепад скоростей для характерных участков, т.е. возрастает угловое ускорение и с ним динамическое воздействие на обкатываемый насос.

Предлагаемая схема устройства позволяет устанавливать режимы обкатки в широком диапазоне, для чего достаточно лишь изменять передаточное отношение в планетарном механизме путем установки солнечной шестерни 15 и сателлита 14 с необходимым числом зубьев. Картина динамического нагружения значительно усложняется при использовании в механизме дробного (в том числе иррационального) передаточного числа. Включение шестерни 17 создает еще одну группу режимов обкатки, отличную от первой (эксцентрик отсутствует или заблокирован) и второй (эксцентрик вращается в одном с кривошипом направлении). Изменения передаточного отношения осуществляют известным способом заменой шестерен на шестерни с другими числами зубьев. Направление вращения изменяют установкой и снятием промежуточной шестерни, в том числе при использовании ступенчатого редуктора.

Из условия нормального функционирования прототипа E≅0,5•r (где Е расстояние между осями вращения кривошипа и кулисы, r непостоянный радиус кривошипа) путем подстановки r_o= r-ρ, где r_o расстояние между осями вращения кривошипа и эксцентрика, ρ радиус эксцентрика, получаем условие для выбора радиуса эксцентрика: r ≅ r_o- 2E.

Использование: двигателестроение, в частности обкатка топливовпрыскивающего насоса автотракторного дизеля. Сущность изобретения: устройство содержит топливный бак с фильтром и трубопроводами, обеспечивающими питание обкатываемого насоса технологическим топливом, впрыскиваемым насосом через топливопроводы и форсунки в мерное устройство, электродвигатель и вал привода, связанный с кулачковым валом насоса посредством кулисного механизма, кривошип которого установлен на валу привода, а вращающаяся кулиса связана с кулачковым валом насоса, при этом кривошип на валу привода насоса выполнен переменной длины и зависит от угла поворота вала привода, соединительное звено между кривошипом и вращающейся кулисой выполнено в виде эксцентрика на теле кривошипа с возможностью вращения, эксцентрик снабжен механизмом привода вращения планетарного типа, солнечная шестерня которого неподвижно закреплена на корпусе устройства соосно валу привода, а ведомая шестерня-сателлит закреплена на оси эксцентрика. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для обкатки топливовпрыскивающего насоса, соединенного топливопроводами с форсунками, содержащее топливный бак с фильтром и трубопроводами, электродвигатель и вал привода, связанный с кулачковым валом насоса посредством кулисного механизма, кривошип которого установлен на валу привода, а вращающаяся кулиса связана с кулачковым валом насоса, отличающееся тем, что кривошип вала привода насоса выполнен переменной длины, зависящей от угла поворота вала привода, соединительное звено между кривошипом и вращающейся кулисой выполнено в виде эксцентрика, установленного в теле кривошипа с возможностью вращения и снабженного механизмом привода планетарного типа, солнечная шестерня которого неподвижно закреплена на корпусе устройства соосно с валом привода, а ведомая шестерня-сателлит закреплена на оси вращения эксцентрика. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что радиус ρ вращающегося эксцентрика на теле кривошипа изготавливают с учетом соотношения
r≅ r_o-2E,
где r_о расстояние между осями вращения кривошипа и эксцентрика;
E расстояние между осями вращения кривошипа и кулисы.