Способ проверки гидравлической плотности плунжерной пары

 

Использование: двигателестроение, в частности диагностика плунжерной пары топливовпрыскивающего насоса дизеля. Сущность изобретения: проверка гидравлической плотности плунжерной пары с предварительным измерением геометрического активного хода ее плунжера, после чего регулируют активный ход плунжера так, чтобы отношение объема, вытесненного плунжером за ход от геометрического момента закрытия им наполнительного окна втулки до положения упора в плоскости разъема, к объему, вытесняемому плунжером за геометрический активный ход, было равно или больше 3,5 - 4,0. Проверяемая плунжерная пара гидравлически связана своей надплунжерной полостью дополнительной плунжерной пары и имеет с ней общий механизм нагружения с регулируемой относительной скоростью перемещения обоих плунжеров. 6 ил.

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 падавшего груза заданного веса [1] Недостатком способа является зависимость получаемого показателя гидроплотности 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 проверяемой пары надплунжерной полости дополнительной пары, плунжер которой перемещается синхронно с плунжером проверяемой пары в направлении уменьшения объема совмещенных полостей [2] Недостаток данного способа состоит в низких технических возможностях управления объемом прокачиваемой через зазоры проверяемой пары испытательной смеси, включающих только изменение диаметра дополнительного плунжера.

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 проверяемой плунжерной пары надплунжерной полости дополнительной пары, плунжер которой перемещается с более высокой скоростью относительно скорости плунжера проверяемой пары, что обеспечивается с помощью передающего механизма с регулируемым передаточным числом [3] Этот способ проверки гидравлической плотности плунжерной пары выбран в качестве прототипа настоящего изобретения.

Недостатком способа проверки гидроплотности плунжерной пары, выбранного в качестве прототипа, являются сравнительно невысокая точность и несопоставимость оценок гидравлической плотности плунжерных пар различных типоразмеров, отличающихся одна от другой абсолютными значениями установочного активного хода плунжера и размерами, определяющими объем сжатия испытательной смеси в полость между основным и дополнительным плунжерами, объем сжатия испытательной смеси, образующийся между плунжерами после перекрытия плунжером проверяемой пары наполнительного окна собственной втулки, задает величину непроизводительной потери активного хода плунжера проверяемой плунжерной пары вследствие его "усадки" от сжатия испытательной смеси. По данным ЦНИТА [4] погрешность определения гидроплотности плунжерных пар по этой причине составляет не менее 5 процентов. Как будет показано ниже, потери активного хода плунжера проверяемой пары зависят от соотношения объемов испытательной смеси в полости сжатия в моменты начала и конца активного хода плунжера и от соотношения полного и активного ходов плунжера в процессе испытания, что обусловливает несопоставимость результатов определения гидроплотности плунжерных пар различных типоразмеров при произвольном назначении величины активного хода плунжера.

Целью изобретения является повышение точности и меры сопоставимости результатов проверки гидроплотности плунжерных пар различных типоразмеров на устройствах, снабженных дополнительными плунжерными парами различного диаметра и отрегулированных на разное передаточное число передающего механизма привода дополнительной плунжерной пары.

Для этого в способе, заключающемся в определении времени перемещения плунжера во втулке на заданную величину активного хода при подключенной к надплунжерной полости дополнительной плунжерной паре, плунжер которой перемещается во втулке синхронно с плунжером проверяемой пары в направлении уменьшения общего объема совмещенных полостей, заполненных испытательной смесью, предварительно регулируют проверяемую плунжерную пару изменением активного хода ее плунжера так, чтобы отношение объема, вытесняемого плунжером при его перемещении от геометрического момента закрытия наполнительного окна во втулке до остановки в положении на упоре, к объему, вытесняемому плунжером за геометрический активный ход, было равно или больше 3,5.4.

Указанное соотношение впервые установлено путем исследования разработанной математической модели потери активного хода плунжера из-за сжимаемости испытательной смеси и опирается на выводы фундаментальных работ по дизельной топливной аппаратуре [5, 6] Пределы изменения приведенного выше соотношения по установке активного хода плунжера как существенного признака изобретения получены с помощью специального критерия эффективности, с учетом скачкообразности изменения признака.

На фиг.1 дана принципиальная схема устройства для осуществления способа проверки гидроплотности плунжерной пары в исходном состоянии; на фиг.2 схема соотношения объемов сжатия в момент окончания активного хода плунжера проверяемой пары (случай частичного использования обоих объемов надплунжерных полостей проверяемой и дополнительной плунжерных пар); на фиг.3 то же, в момент окончания активного хода плунжера проверяемой пары (случай полного использования объема надплунжерной полости дополнительной пары и частичного, в пределах активного хода плунжера, использования объема полости проверяемой пары); на фиг.4 то же, в момент нахождения плунжера проверяемой пары на упоре после использования своего полного хода (случай неконтролируемого использования объема надплунжерной полости дополнительной пары); на фиг.5 - фрагмент чертежа втулки плунжерной пары типа ЯЗТА; на фиг.6 расчетные графики изменения некомпенсируемой потери активного хода плунжера и его производной в зависимости от относительного активного хода плунжера проверяемой пары.

Устройство для осуществления предлагаемого способа проверки гидроплотности плунжерной пары (фиг.1) содержит корпус 1 с постоянно установленной в нем дополнительной плунжерной парой, состоящей из втулки 2 и плунжера 3 и подключаемой на время контроля проверяемой плунжерной пары, включающей втулку 4 и плунжер 5, которые соединены между собой гидравлически посредством совместной полости 6, образованной надплунжерными полостями проверяемой и дополнительной пар, объем которой заполняется испытательной смесью заданной вязкости, устройство снабжено также механизмом 7 осевой нагрузки плунжеров, выполненным регулируемым для обеспечения различия скоростей движения плунжеров 3 и 5 под действием падающего груза Q. Заполнение надплунжерной полости проверяемой пары испытательной смесью осуществляют через наполнительное окно 8 во втулке 4. Для упрощения выкладок на фиг.1 4 представлена плунжерная пара с одним окном 8, выполняющим функции наполнительного и отсечного окон. Способ применим и для проверки гидроплотности плунжерной пары с раздельно выполненными наполнительным и отсечным окнами.

Устройство работает следующим образом.

В корпус 1 с установленной в нем дополнительной парой на время контроля размещают проверяемую плунжерную пару и, подняв плунжер 5 так, чтобы открылось наполнительное окно 8, заполняют самотеком полость 6 испытательной смесью, после чего освобождают плунжер, чтобы он под действием собственного веса опустился вниз (по чертежу) и закрыл собой наполнительное окно 8 это положение характеризует геометрическое начало отсчета времени проверки гидроплотности. Известными методами измеряют выступание плунжера над плоскостью "а а" и от этого положения отсчитывают активный ход плунжера, а затем регулируют его так, чтобы выдержать указанное соотношение с размером Нп, указанным на чертеже втулки плунжера, регулировку активного хода выполняют в зависимости от типа плунжерной пары, например, для плунжерной пары ЯЗТА - поворотом плунжера, а для пар типа НД перемещением дозатора [5] После установки требуемого значения активного хода освобождают падающий груз Q, который через механизм 7 воздействует на плунжеры 3 и 5 и перемещает их одновременно в осевом направлении, сжимая смесь до заданного 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, что необходимо для увеличения объема прокачиваемой через зазор в проверяемой паре испытательной смеси.

В момент освобождения падающего груза начинают отсчет времени, который заканчивают после открытия кромкой плунжера 5 отсечного окна 6 и последующего за этим мгновенного падения груза. Полученный отрезок времени принимают в качестве оценочного показателя гидроплотности проверяемой пары, количественно данный показатель зависит не только от зазора в проверяемой паре, но на его величине сказывается сжимаемость испытательной смеси, из-за чего действительный активный ход плунжера уменьшается, наличие дополнительной плунжерной пары со своим объемом надплунжерной полости, который изменяется при настройке передаточного механизма 7 на передаточное число m, может значительно увеличить потери активного хода плунжера из-за сжимаемости, кроме того, установочный активный ход плунжера проверяемой пары различается по типоразмерам пары и значительно меньше полного хода плунжера, определяемого конструкцией плунжерной пары. Вследствие этого сжимаемость испытательной смеси по-разному влияет на потери активного хода плунжера и, следовательно, на точность и сопоставимость результатов проверки гидроплотности различных плунжерных пар.

Подразделим потери активного хода плунжера из-за сжимаемости испытательной смеси на следующие две группы: 1) компенсируемая потеря доля потерь активного хода, которая пропорциональна "активному" объему испытательной смеси, т. е. объему, проталкиваемому через исследуемый зазор в проверяемой паре и характеризующему собственно техническое состояние пары; 2) некомпенсируемая потеря доля потери активного хода плунжера, которая пропорциональна балластному объему испытательной смеси, выталкиваемому из-под плунжера после окончания активного хода, но не через зазор между плунжером и втулкой, а через открывшееся отсечное окно, этот объем не используется непосредственно для определения гидроплотности и лишь вносит вклад в общие потери активного хода из-за сжимаемости смеси.

Некомпенсируемую долю потери активного хода плунжера проверяемой плунжерной пары примем в качестве критерия эффективности предлагаемого технического решения: больше некомпенсируемые потери ниже эффективность, меньше некомпенсируемые потери эффективность выше. Математическую модель некомпенсируемой потери активного хода плунжера получим путем преобразования уравнения баланса количества (объема) испытательной смеси в надплунжерной полости устройства.

Балансовое уравнение количества испытательной смеси, аккумулированной под давлением P в некомпенсируемых объемах проверяемой и дополнительной пар устройства (фиг.1) имеет вид: ΔVп+ΔVд=ΔV(Δhа), ... (1) где ΔVп количество испытательной смеси, аккумулированной в некомпенсируемом объеме проверяемой пары, в единицах объема; ΔVд количество испытательной смеси, аккумулированной в некомпенсируемом объеме дополнительной пары; объем, эквивалентный доле суммарной некомпенсируемой потери активного хода плунжера проверяемой пары.

Составляющие уравнения (1) в соответствии с фиг.1 и 2 равны:
где Dп и Dд диаметр плунжера соответственно проверяемой и дополнительной плунжерных пар;
Hп полный ход плунжера проверяемой пары от положения перекрытия наполнительного окна втулки до упора в плоскость разъема "а а" (фиг.1);
ha установочный активный ход плунжера проверяемой пары;
Hд полный ход плунжера дополнительной пары (запас);
m передаточное число в механизме 7;
N Dд/Dn относительный диаметр плунжера дополнительной пары в безразмерном виде;
s коэффициент сжимаемости испытательной смеси (принято в расчетах s 80*10E(-6) м²/н);
P давление сжатия смеси (принято Р 20 МПа);
нeкомпенсируемая потеря активного хода плунжера проверяемой пары.

π 3,14.

После подстановки в уравнениe (1) значений, составляющих МВ (2).(4) и решения относительно , получим математическое выражение (модель) для расчета критерия некомпенсируемой потери активного хода плунжера проверяемой пары:

где s*P*Hп потеря активного хода плунжера проверяемой пары в эталонных условиях, т.е. при отсутствии дополнительной пары;
е Hп/ha число, показывающее, во сколько раз установочный активный ход плунжера проверяемой пары меньше полного хода плунжера от положения перекрытия наполнительного окна и начала проверяющего теста, до упора в плоскость разъема а а, т.е. размера по чертежу втулки.

Размер Hп задается чертежом втулки плунжерной пары (фиг.5), он не зависит от испытателя и в этом смысле является постоянной величиной способа проверки плунжерной пары на гидроплотность. Размер Нп различается для разных типов плунжерных пар: ЯЗТА 8,5 мм [1, с.6] НД21 НД22 разъемная 6 мм [7] НД21 и НД 22 неразъемная 9 мм [8] УТН-5 8 мм, ТН8, 5х10 9 мм (по результатам измерения). Активный ход ha в МВ (5) задается техническими требованиями, регулируется при установке испытателем, для разных типоразмеров плунжерных пар активный ход hа различен, например: плунжерная пара ЯЗТА 4 мм; УТН-5 3,8 мм; ТН 8,5х10 3,8 мм; НД21 и НД22 2,2.3,З мм [5, с.221]
С учетом приведенных значений Нп и hа получаем, что величина "е" для разных плунжерных пар также различна: ЯЗТА 2,13; НД21 И НД22 3,2; УТН-5 - 2, 10; ТН 8,5х10 2, 37. Это свидетельствует об отсутствии единого подхода к назначению ha, тем более такой подход необходим при проверке гидроплотности плунжерных пар с одновременным присоединением дополнительной эталонной плунжерной пары. Как следует из МВ (5), оценка гидроплотности в этом случае зависит не только от величин "m, N, P", которые назначаются испытателем и как бы являются своеобразными константами способа, но зависит и от величин Hд и "е".

Величина Hд характеризует предварительную настройку дополнительной плунжерной пары и в однотипные опытах это постоянная величина. Рассмотрим возможные варианты настройки Hд в качестве примеров реализации предлагаемого способа проверки гидроплотности плунжерной пары.

ВАРИАНТ 1: Hд m*Hп. В данном примере все запасенное в полости 6 (фиг.1) количество испытательной смеси выталкивается в окружающую среду: одна часть
через зазор в проверяемой паре, другая часть через окно 8 втулки. Некомпенсируемая доля потери активного хода пропорциональна величинам (Hп - ha) и (Hд m·ha) m·(Hп ha).

Подставим Hд m·Hn в формулу МВ (5) и после очевидных преобразований получим некомпенсируемую долю потери активного хода плунжера для данного варианта:

Из (6) следует, что при постоянном критерий эффективности ha зависит от "е". График этой зависимости представлен на фиг.6 (кривая 1, для s 1).

ВАРИАНТ 2: Hд m·ha. В этом варианте (фиг.3) к моменту отсечки подачи (плунжер 5 проходит расстояние ha и открывает отсечное окно 8) вся запасенная в полости дополнительной пары смесь и часть в полости проверяемой плунжерной пары вытесняются через зазор, а некомпенсируемый объем остается только под плунжером 5 проверяемой пары и он пропорционален величине (Hп - ha). После подстановки в МВ (5) величины Hд m·ha получим некомпенсируемую долю потери активного хода для варианта 2:

Из МВ (6) следует, что при постоянных , m и N критерий эффективности ha также зависит oт"e". График зависимости МВ (7) представлен на фиг.6 (кривая 2, расчет выполнен для m 1, N 1, s 1). Некомпенсируемые потери активного хода плунжера рассчитывали в долях стандартной величины s, т.е. усадки плунжера от сжатия смеси при условии, когда отсутствует дополнительная пара. Расчетное абсолютное значение s 0,136 мм [10]
ВАРИАНТ 3: случай, когда после наладки дополнительной пары на размер Hд и передаточного числа m в механизме 7 (с заданием какого-то припуска свободного хода) плунжер 5 проверяемой пары израсходует свой ход Hп и достигнет упора в плоскости разъема а а, а плунжер 3 дополнительной пары не достигнет упора и в его надплунжерной полости останется некоторый объем испытательной смеси, пропорциональный размеру hо (фиг.4). Этот остаточный объем увеличит долю некомпенсированной потери активного хода плунжера проверяемой пары. В соответствии с фиг. 4 запас хода дополнительного плунжера в исходном положении равен величине Hд m*Hп + ho, поэтому после подстановки в МВ (5) и преобразований получим:

Примеры расчетов по всем трем вариантам приведены в таблице. Для варианта 3 также принято m 1, N 1, 1, а отношение ho/Hп 0,10. Для варианта 3 график зависимостей не приводится, в этом варианте потери активного хода плунжера могут значительно превышать эталонную величину потерь s, поскольку второе слагаемое МВ (8) может значительно превышать первое слагаемое при неправильной установке дополнительного плунжера на Hд.

На кривые 1 и 2 графика (фиг.6) нанесены точки, соответствующие значениям "е" для вышеуказанных плунжерных пар ЯЗТА (точки 1 -1 и 1 2), ТН 8,5х10 (точки 2 1 и 2 2) и НД (точки 3 1 и 3 2), откуда следует, что точки значительно отстоят друг от друга, что проверка плунжерных пар при разных "е" проводится при неодинаковых потерях активного хода плунжера на сжатие, т. е. при разной погрешности, а это снижает точность и сопоставимость результатов диагностики плунжерной пары.

Таким образом, целесообразно любые типы плунжерных пар проверять на гидроплотность при одном и том же значении параметра "е const".

Анализ зависимостей (5).(8) и их графиков (кривые 1 и 2) показывает, что имеется возможность минимизировать зависимость от"е". Из приведенных графиков следует, что при параметре е 3,5.4,0 ослабевает зависимость от "е". Более четко тенденция ослабления изменчивости от "е" прослеживается на графиках первых производных , взятых от МВ (6) и (7) по "е" (кривые 3 и 4 для вариантов 1 и 2):
Варианты 1 и 3:
Вариант 2:
В интервале значений е 1.3,5 доля некомпенсируемой потери активного хода плунжера сильно зависит от изменения параметра "е", для плунжерных пар ЯЗТА (точки 1 1 и 1 2, фиг.6) и плунжерных пар НД (точки 3 1 и 3 2) некомпенсируемые потери активного хода различаются между собой в 1,3 раза, если сравниваются в рамках одного рассмотренного варианта, и в 1,54 и 2,6 раза, если сравниваются варианты 1 и 2 между собой. Погрешность способа-прототипа, в котором не учитывается влияние "е" на возрастает в варианте 3 (табл.). Отсюда результаты проверки гидроплотности плунжерных пар ЯЗТА и НД не сопоставимы между собой, в них велика и различна погрешность от потерь активного хода плунжера в результате сжимаемости испытательной смеси.

Для доказательства скачкообразности изменения существенного признака в зависимости от параметра "е" рассмотрим два примера.

Пример 1. Проверку плунжерной пары осуществляют при активном ходе е1 2 ± 0,5 (такие отклонения возможны [9]). Тогда потери при изменении "е" от 1,5 до 2,5 в варианте 1 составляют от 0,33 до 0,60 соответственно, т.е. различаются в 1,82 раза.

Пример 2. Проверку плунжерной пары выполняют при активном ходе е2 4 ± 0,5 (допуск тот же). В этом примере потери при изменении "е" от 3,5 до 4,0 в варианте 1 составляют уже 0,71.0,78, т.е. различаются всего в 1,08 раза.

Примеры 1 и 2 указывают на скачкообразность изменения стабильности признака при изменении "е" больше 3,5. 4,0, различие потерь активного хода при изменении "е" в пределах от 3,5 до 4,0 составляет 5 проц.

Таким образом, в способе проверки гидравлической плотности плунжерной пары с присоединенной дополнительной плунжерной парой в случае, когда предварительно регулируют активный ход плунжера проверяемой пары по условию Hп/ha 3,5.4,0, удается значительно повысить сопоставимость результатов определения гидроплотности плунжерных пар различных типоразмеров и имеющих различный объем надплунжерной полости, определяемой для момента начала сжатия испытательной смеси в приборе.

Использованные источники информации
1. Бахтиаров Н.И. Логинов В.Е. Производство и эксплуатация прецизионных пар. М. Машиностроение, 1979, с. 102 103, с.6.

2.Авт. св-во СССР N 246137, кл. F 02 М 65/00, 1967.

3.Авт. св-во СССР N969931, кл. F 02 М 65/00, 1979 (прототип).

4. Колупаев В. Я. Экспериментальное и расчетное определение зависимости гидроплотности плунжерных пар от температуры. Тракторы и cельхозмашины, 1970, N10, с.11 13.

5.Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Справочник. Л. Машиностроение, 1974, с. 36 37, 180 203, 221.

6. Фомин Ю.Я. Никонов Г.В. Ивановский В. С. Топливная аппаратура дизелей. М. Машиностроение, 1982, с. 82 85.

7. Втулка плунжера НД. Чертеж 21.1111158. Вильнюс: ВЗТАОГК, 1970.

8. Втулка плунжера НД (цельная). Чертеж 251.1111158. Л. ЦНИТА, 1974.

9. Кузнецов И.Н. Прибор для испытания плунжерных пар. Техника в сельском хозяйстве, 1978, N10, с. 84 86.

10. Заявка N93-033151/06-032449. ТТТ1

Формула изобретения

Способ проверки гидравлической плотности плунжерной пары, заключающийся в том, что к надплунжерной полости проверяемой плунжерной пары подключают надплунжерную полость дополнительной плунжерной пары, плунжер которой под нагрузкой перемещается во втулке синхронно с плунжером проверяемой пары в направлении уменьшения объема проверяемой плунжерном пары на заданную величину активного хода, по времени перемещения судят о состоянии проверяемой плунжерной пары, отличающийся тем, что предварительно измеряют геометрический активный ход плунжера проверяемой пары, после чего регулируют геометрический активный ход плунжера так, чтобы отношение объема, вытесняемого плунжером за ход от геометрического момента закрытия им наполнительного окна втулки до положения упора в плоскости разъема, к объему, вытесняемому плунжером за геометрический активней ход, было равно или больше 3,5-4,0.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7