ПЗ ДИПЛОМ (1229877), страница 2
Текст из файла (страница 2)
1.3 Профилирование кулачков или кулачковой шайбы
Профиль кулачковой шайбы оказывает большое влияние на закон подачи и динамику привода топливного насоса, поэтому выбору его конфигурации должно уделять большое внимание.
При изготовлении кулачка следует руководствоваться некоторыми общими требованиями:
- начало геометрической подачи топлива должно осуществляться при значительных скоростях движения плунжера;
- продолжительность геометрической подачи должна обеспечивать требуемую действительную продолжительность впрыска;
- на участке геометрической подачи желательно обеспечивать возрастающую подачу топлива, чтобы к моменту отсечки плунжер вытеснял максимальное количество топлива в секунду;
- фазу подачи топлива необходимо осуществлять на восходящей кривой скорости плунжера;
- движение толкателя по профилю должно происходить плавно во избежание появления в системе привода больших ускорений, влияющих на прочность и износостойкость деталей.
Проектирование профилей топливных кулачков ведут обычно двумя способами: первый – задаются законом изменения скорости плунжера, особенно на участке геометрической подачи, а затем путем графического интегрирования строят кривую пути плунжера или устанавливают законы изменения пути и ускорения, обеспечивающие желаемую характеристику подачи и удовлетворительную динамическую напряженность деталей; второй – задаются профилем кулачка, состоящего из прямых и дуг окружностей, обеспечивающих плавное сопряжение отдельных участков и приемлемые кинематические параметры движения толкателя и плунжера насоса.
Для проектирования тяжелых дизелей широкое распространение получил первый способ. Причем обычно принимают постоянное ускорение на отдельных участках профиля. В этом случае ограничивается получение больших сил инерции, в результате чего достигается снижение ударных нагрузок и износов деталей привода. Кроме того, появляется возможность обеспечить удовлетворительное протекание подачи топлива в цилиндры дизеля. Недостаток этого способа заключается в том, что в результате получают сложную форму профиля.[4]
Для легких дизелей применяют выпуклые профили топливных кулачков, очерченные дугами окружности, тангенциальные и вогнутые профили, очерченные дугами. Тангенциальные и вогнутые профили применяют тогда, когда желают сократить геометрическую продолжительность подачи. Эти профили применяют также и для судовых и тепловозных дизелей. Из технологических соображений профили кулачков обычно имеют прямые и дуги окружностей или только дуги окружностей.
В системе привода ТНВД дизелей применяют как симметричные, так и несимметричные профили.
Симметричные профили используют в основном для легких, а также для многих двухтактных судовых реверсивных дизелей. Кулачковые шайбы с симметричным профилем позволяют осуществлять реверсирование простым поворотом кулачкового валика. При наличии симметричных кулачков возникает малая продолжительность всасывания, вызывающая ухудшение наполнения насоса высокого давления, особенно в быстроходных дизелях.
Несимметричные профили кулачков позволяют осуществлять меньший угол впрыска при большей скорости и более продолжительный период наполнения насоса. Однако применительно к реверсивным дизелям при таких кулачках необходимо устанавливать дополнительный комплект кулачков, предназначенных для работы дизеля на заднем ходу.
1.4 Выбор профиля кулачка для конкретного топливного наноса высокого давления
В связи с многообразием применяемых профилей топливных кулачков и топливных кулачковых шайб трудно правильно их выбрать для конкретного топливного насоса. Эти затруднения вызваны также тем, что ввиду большого числа факторов, влияющих на характеристику впрыска топлива, до настоящего времени отсутствует теоретически обоснованный и надежный метод расчета, связывающего протекание рабочего процесса дизеля с характеристикой впрыска, четко не сформулированы требования, предъявляемые к ней. Наличие между насосом высокого давления и форсункой упругой среды из впрыскиваемого топлива в значительной мере искажает характер подачи, обуславливаемый движением толкателя. Это искажение усиливается упругостью деталей привода: закручиванием кулачкового вала, его прогибом в процессе большого нагружения, сжатием толкателя и самого плунжера, деформациями топливопровода и другие. По этим причинам при проектировании профиль кулачка или кулачковой шайбы приходится выбирать несколькими этапами. На первом этапе пользуются упрощенными приемами построения профиля с тем, чтобы на следующих этапах проектирования и в процессе доводки вносить соответствующие коррективы. В процессе доводки профиль кулачка можно подвергать существенным изменениям. При выборе известного профиля следует руководствоваться следующими соображениями.[1]
Сравнения трех неизвестных характерных профилей кулачка (тангенциального, выпуклого и вогнутого, очерченных дугами окружностей), сопрягающихся с роликовым толкателем, при одинаковых подъеме и угле профиля показывает, что каждый из них обладает определенными достоинствами и недостатками.
Тангенциальный профиль кулачка сравнительно прост в изготовлении, наличие его обеспечивает получение малых ускорений в начале подъема толкателя, однако возникают большие отрицательные ускорения, что приводит к необходимости постановки жестких пружин. Предлагаемый кулачковый механизм привода плунжера ТНВД дизельного двигателя иллюстрируется чертежом (рисунок 1.1), на котором изображена схема этого механизма.
Кроме того, на чертеже стрелкой обозначено направление вращения кулачка.
Кулачковый механизм привода плунжера ТНВД дизельного двигателя содержит вращающийся тангенциальный кулачок 1, осесимметричную направляющую 2 и ролик 3 с толкателем 4, взаимодействующий с тангенциальным кулачком 1. Ролик 3 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения совместно с толкателем 4 по направляющей 2. Направляющая 2 и ролик 3 с толкателем 4 расположены со смещением 5 их оси относительно оси вращения тангенциального кулачка 1 в направлении общей поверхности 6 взаимодействия тангенциального кулачка 1 и ролика 3. Угол 7 давления образован линией, проходящей через общую поверхность 6 взаимодействия тангенциального кулачка 1 и ролика 3 и центр ролика, и общей осью симметрии направляющей 2 и ролика 3 с толкателем 4.
Величина смещения 5 подбирается для каждой конкретной конструкции кулачкового механизма.
Работа кулачкового механизма осуществляется следующим образом:
Тангенциальный кулачок 1 вращается вокруг своей оси вращения. Ролик 3 и толкатель 4 опираются на кулачок 1 и направляющую 2. Кулачок 1 набегает на ролик 3, при этом ролик 3 вращается вокруг своей оси вращения, и толкатель 4 с роликом 3 движутся возвратно-поступательно по направляющей 2, ось которой расположена со смещением 5 относительно оси вращения кулачка 1. На толкатель 4 опирается плунжер (на схеме не показан), который движется вместе с ним и нагнетает топливо в цилиндр дизельного двигателя.
Таким образом, в предлагаемом кулачковом механизме при таких же, как в прототипе, размерах кулачка и ролика имеется увеличение коэффициента полезного действия, улучшение условий работы механизма, уменьшение мощности, затрачиваемой на привод ТНВД, и уменьшение нагрузок в механизме.
Кулачковый механизм привода плунжера топливного насоса высокого давления дизельного двигателя, содержащий вращающийся тангенциальный кулачок, осесимметричные направляющую и ролик с толкателем, взаимодействующий с тангенциальным кулачком и установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения совместно с толкателем по направляющей. Отличающийся тем, что направляющая и ролик с толкателем расположены со смещением их оси относительно оси вращения тангенциального кулачка в направлении общей поверхности взаимодействия тангенциального кулачка и ролика.[7]
1 – кулачок; 2 – осесимметрическая направляющая; 3 – ролик; 4 – толкатель; 5 – ось смещения; 6 – поверхность взаимодействия тангенциального кулачка и ролика; 7 – угол давления
Рисунок 1.1 – Тангенциальный профиль кулака
При выпуклом профиле кулачка (рисунок 1.2), очерченного дугами окружностей, возникают большие положительные ускорения и малые отрицательные. Последнее обстоятельство улучшает условия работы пружин. Выпуклый кулачок обеспечивает быстрое увеличение проходного сечения клапана при его открытии и замедленное уменьшение проходного сечения при закрытии.
Гармоническим кулачком называется выпуклый кулачок, образованный из дуг окружности в сочетании с плоским толкателем. При некотором смещении оси последнего вдоль кулачкового вала достигается непрерывное проворачивание толкателя при работе, способствующее равномерности его износа.
Рисунок 1.2 – Выпуклый профиль кулачка
При вогнутом профиле (рисунок 1.3), образованном дугами окружностей, происходит медленное нарастание скорости. Изменением кривизны вогнутого профиля можно добиться желаемого характера протекания скорости на участке подачи. Отрицательные ускорения получаются обычно большими, чем при выпуклом профиле. Применение этого профиля ограничено сложностью технологии изготовления, поэтому его используют сравнительно редко. Для получения оптимального профиля кулачка необходимо исходить из анализа опытных данных по профилям хорошо зарекомендовавших себя топливных систем дизелей.
Рисунок 1.3 – Вогнутый профиль кулачка
Указанные профили кулаков могут работать с разными толкателями. Выпуклый профиль применяется с плоским толкателем обычно в механизмах, в которых управление клапаном осуществляется непосредственно кулаком. В этом случае роль толкателя выполняет клапан. Тангенциальные и вогнутые кулачковые шайбы в сочетании с рычагом и роликом превалируют в клапанных механизмах со средним расположением распределительного вала. Для нижнего расположения распределительного вала характерны все профили, работающие с роликовыми толкателями.[8]
При выборе профиля кулака и типа толкателя необходимо учитывать следующее.
Выпуклый кулак обеспечивает наибольшее «время сечение». Вместе с тем, большие скорости и ускорения в начале подъема и в конце опускания клапана вызывают сильные ударные нагрузки в сочленениях привода. Напротив, небольшие отрицательные ускорения требуют сравнительно слабой пружины.
Тангенциальный кулак дает наименьшее «время сечение». Однако открытие и закрытие клапана осуществляется плавно; работа клапанного механизма почти бесшумная. Для этого профиля отрицательные ускорения получаются сравнительно большими, что требует более жесткой пружины. Тангенциальный профиль наиболее прост в изготовлении.
С помощью вогнутого кулака удается довольно легко получить малую полноту профиля при относительно большом ходе клапана. Однако применение этого кулака ограничено сложностью его изготовления.
Такие параметры как перемещение, скорость и ускорение роликового толкателя для различных типов кулаков показаны на рисунке 1.4.
1 – выпуклый; 2 – вогнутый; 3 – тангенциальный
Рисунок 1.4 – Перемещения, скорости и ускорения роликового толкателя для различных кулаков
Рассмотренные ранее кулаки вызывают скачкообразное изменение ускорения толкателя. Подобное изменение обусловливает такие силы инерции, которые по своему воздействию на детали клапанного механизма являются ударными. Наряду с ними в современных ДВС применяются кулаки, обеспечивающие плавное изменение ускорения, их называют безударными. Безударный профиль кулака показан на рисунке 1.5.
Рисунок 1.5 – Профиль безударного кулака для плоского толкателя
Стоит отметить, что профиль кулака влияет и на надежность пружины. Пружины плунжеров – одна из основных деталей топливных насосов высокого давления. Их основное назначение сводится к обеспечению надежной замкнутости кинематической цепи роликовый толкатель-кулачок во всем рабочем диапазоне скоростных режимов двигателя и обеспечению возврата плунжера из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение после впрыска топлива.
Выводы из проведенных ранее исследований показывают что:
а) длительность отрывов роликового толкателя от кулачка возрастает вместе с увеличением частоты вращения вала насоса;
б) отрывы роликового толкателя от кулачка при последующем замыкании кинематической цепи сопровождаются интенсивными ударами роликового толкателя о кулачок; амплитуда ударных динамических нагрузок при этом может значительно (в два раза и более) превосходить усилия пружины плунжера при ее максимальной деформации, вызывая перегрузку пружины и интенсивные колебания ее витков;
в) на участке подъема плунжера в момент окончания участка положительных ускорений наблюдается существенное увеличение суммарных усилий пружины и сил инерции;
г) момент начала отрыва роликового толкателя от кулачка сопровождается резким снижением суммарных усилий пружины и сил инерции, фиксируемых тензодатчиками сопротивления, наклеенными на пустотелую опору; следовательно, по характеру изменения суммарных усилий на пружину можно также косвенно оценивать состояние кинематической цепи роликовый толкатель – кулачковая шайба.[4]
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
