ДОЗАТОР ШАРИКОВ

Полезная модель относится к дизельному двигателестроению, а именно к производству топливных систем Common Rail.
В дизельных двигателях получили широкое распространение аккумуляторные системы подачи топлива с электроуправляемыми форсунками - так называемые системы Common Rail.
В электроуправляемых форсунках начало впрыска топлива инициируется разгрузкой полости над управляющим поршнем от давления топлива при срабатывании клапана, связанного с актуатором. Клапан является нормально закрытым, то есть в промежутках между его срабатываниями, слив топлива из полости над управляющим поршнем отсутствует. Широко распространены форсунки, в которых в качестве клапана применяется шарик, прижимаемый к седлу - посадочному месту, выполненному в корпусной детали - пружиной.
В автомобильных форсунках диаметр шарика составляет от 1 до 2 мм. Посадочное место для шарика обычно расположено на глубине от 20 до 40 мм от верхнего торца корпуса форсунки, а диаметр расточки в корпусе форсунки над деталью, в которой выполнено посадочное место для шарика, составляет от 16 до 25 мм. В этих условиях установка шарика при сборке форсунки представляет собой довольно сложную задачу.
При свободном сбрасывании шариков столь малого диаметра существует риск не попасть на посадочное место. Но, даже при попадании, шарик может отскочить и выпасть за пределы допустимой области. Поскольку сборка форсунок Common Rail происходит на специальных стапелях, потребуется снимать полусобранную форсунку со стапеля, переворачивать ее вверх распылителем и, предохраняя внутренние детали от выпадения, стараться вытряхнуть шарик. После чего - вновь делать попытки установить шарик в нужное место.
Известно устройство для дозирования, которое может быть использовано для дозирования рассыпных деталей, преимущественно, шариков и гранул (А.С. СССР №670501, опубл. 30.06.1979. Бюл. №4). По известному решению, устройство для дозирования включает корпус и установленную в него с выступанием трубку, через которую происходит подача деталей. Подача осуществляется при нажатии пальцем оператора на полую кнопку, связанную с подпружиненной трубкой, а дозирование происходит за счет использования подпружиненного шарика. По известному решению, шарик и пружина, воздействующая на него, размещены в стенке корпуса. Трубка, является одновременно и накопителем деталей, и продуктопроводом - магистралью для подачи деталей в нужное место. На конце трубки, противоположном полой кнопке, размещен цанговый зажим, играющий роль запорного клапана.
К недостаткам известного решения относится ограничение количества деталей, одновременно загружаемых в дозирующее устройство. Это связано с ограничением по длине трубки. Кроме того, размеры загружаемых деталей не должны быть меньше внутреннего диаметра трубки настолько, чтобы в диаметральном поперечном сечении трубки могли одновременно оказаться более, чем одна деталь. В противном случае, при однократном срабатывании дозирующего устройства через запорный клапан пройдет более, чем одна деталь. Это означает, что с уменьшением размера дозирующих деталей должен соответственно уменьшаться внутренний диаметр трубки. Учитывая, что в трубке, по известному решению, выполнен вырез под шарик, это создает дополнительные ограничения. Также необходимо обеспечивать продольную жесткость трубки, так как при нажатии на полую кнопку трубка должна перемещаться, преодолевая усилие пружины и не деформируясь при этом. Размещение шарика с пружиной в стенке корпуса требует не только увеличения толщины стенки, но и применения специальной пробки, которая заглушает канал под шарик и пружину.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемой полезной модели - является дозатор для поштучной выдачи пилюль или таблеток, включающий емкость с подпружиненным элементом, предназначенную для размещения в ней дозируемых предметов, образованную частью корпуса и имеющую дно с отверстием, дозирующий элемент, запорный элемент и крышку, причем дозирующий элемент и запорный элемент установлены с возможностью упругого перемещения, а крышка, после заполнения емкости, приваривается или приклеивается к корпусу (пат.RU №2086488, опубл. 10.08.1997). По известному решению, емкость имеет сложную внутреннюю форму, обусловленную наличием наклонных стенок, дугообразного дна, причем боковая стенка образует трубку, с поперечными размерами и формой, соответствующими форме и размерам сопрягаемых деталей.
Дозирующий элемент, по известному решению, представляет собой два пальца, подвешенные на конце упругой поперечины, которая, в свою очередь, крепится к корпусу.
Функции запорного элемента выполняют торцевая стенка корпуса. По известному решению, в результате нажатия оператором на упругие элементы - пружины, в терминологии авторов известного решения - происходит, открытие выхода из канала наружу для предмета, расположенного ближе всех, находящихся в дозаторе предметов, к выходу, и блокирование канала для следующего предмета, находящегося в нем. После прекращения нажатия, под действием упругих элементов происходит закрытие выхода из канала наружу и разблокирование канала.
В качестве пружин авторы известного решения предлагают использовать стенку корпуса и поперечную подвеску пальцев.
После заполнения емкости, по известному решению, предлагается ее закрытие крышкой, причем крышка может быть приклеена или приварена к стенкам корпуса.
К недостаткам известного решения относится использование в качестве упругих элементов - пружин - корпусных деталей. С одной стороны, это ограничивает ресурс дозатора, так как предполагает работу конструктивных элементов на изгиб, что при многократном срабатывании может привести к выходу из строя. С другой стороны, это может потребовать приложения значительных усилий, что ограничивает применение известного устройства физическими возможностями оператора и ухудшает эргономичность конструкции. Известное устройство является неремонтопригодным: при выходе упругого элемента из строя, например, его обламывании, устройство подлежит выбрасыванию. К недостаткам относится также невозможность многоразового применения дозатора, поскольку соединение крышки емкости со стенками корпуса является неразборным. Кроме того, к недостаткам относится необходимость выполнения корпусных частей сложной формы, что ухудшает технологичность конструкции в целом и повышает ее стоимость, что может стать критичным, с учетом одноразового применения дозатора.
Общим недостатком известных решений является отсутствие в них конструктивных мероприятий, обеспечивающих дозирование слипшихся между собой изделий. Между тем такая ситуация является весьма вероятной особенно при сборке в машиностроении, так как на практике на поверхности дозируемых изделий, в частности - шариков малого диаметра, могут присутствовать, например, следы влаги или масла масла. Из-за этого дозируемые изделия могут слипнуться в емкости. В результате при первом использовании после длительного перерыва, например, перерыва в течение нескольких часов между сменами, дозатор может не сработать из-за слипшихся в накопителе шариков.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является устранение недостатков прототипа, а именно - повышение надежности, в том числе при слипшихся шариках, улучшение эргономичности конструкции, обеспечение ремонтопригодности и возможности многоразового использования устройства.
Выполнение поставленной технической задачи обеспечивается за счет совокупной реализации следующих технических решений:
- сокращение количества упругих элементов в конструкции дозатора шариков до минимума - до одного;
- использования в качестве упругого элемента спиральной цилиндрической пружины с заданной характеристикой, обеспечивающей срабатывание устройства при малом усилии нажатия и общую ремонтопригодность изделия;
- использования в качестве запорного элемента подпружиненного диска;
- использование емкости наиболее простой, в технологическом отношении, формы - цилиндр с плоским дном;
- крепления крышки к корпусу с помощью разборного соединения и
- использования специального элемента для принудительного перемешивания шариков при срабатывании дозатора.
Новизной в дозаторе шариков, предлагаемом в качестве настоящей полезной модели, является совместное применение простого в изготовлении цилиндрического корпуса с трубкой необходимой длины и пространственной формы, запорного элемента в виде плоского подпружиненного диска, крепления крышки к корпусу с помощью разборного соединения и применение специального элемента для принудительного перемешивания шариков при срабатывании дозатора.
Совокупность указанных признаков является новой, существенной, промышленно выполнимой и направленной на решение поставленной полезной моделью технической задачи.
Конструкция дозатора шариков, предлагаемая в соответствии с заявляемой полезной моделью, поясняется чертежами (фиг. 1, фиг. 2), причем на фиг .1 схематично показано предлагаемое устройство в состоянии между срабатываниями, на фиг. 2 - в момент срабатывания. Изображения на фиг. 1 и фиг. 2 являются только примерами возможного исполнения предлагаемого дозатора и не исключают применение иных решений в пределах, ограниченных пунктом 1 заявляемой формулы полезной модели.
Предлагаемый дозатор шариков включает корпус 1, крышку 2, трубку 3, закрепленную на корпусе 1 в его нижней части. В корпусе 1 выполнено отверстие 13, выходящее в трубку 3. В корпусе 1 установлен с возможностью вращения дозирующий элемент 4, выполненный в виде подвижного цилиндрического диска. Дозирующий элемент 4 имеет одно центральное отверстие, одно отверстием 41, смещенное от центра, а также с прорезь 42, выполненную на периферии в радиальном направлении. Диаметр отверстия 41 соответствует диаметру дозируемых шариков 10. Диаметр отверстия 41 составляет от 1,07 до 1,25 диаметра дозируемых шариков 10. Дозирующий элемент 4 установлен с зазором в расточке корпуса 1. Диаметральный зазор между дозирующим элементом 4 и корпусом 1 должен позволять свободное вращение дозирующего элемента 4.
Предпочтительным является величина диаметрального зазора от 0,2 до 0,5 мм.
Высота дозирующего элемента 4 должна составлять от 1,05 до 1,15 диаметра дозируемых шариков 10.
В корпус 1 установлен с возможностью вращения элемент 5 в форме флажка, предназначенный для перемешивания дозируемых шариков 10 в емкости. Элемент 5 жестко связан с дозирующим элементом 4.
В корпусе 1 установлен неподвижный диск 6 с центральным отверстием, через которое с зазором проходит элемент 5, и отверстием 61, расположенным со смещением от центра и имеющим диаметр, соответствующий диаметру дозируемых шариков 10.
Диаметр отверстия 61 составляет от 1,07 до 1,25 диаметра дозируемых шариков 10. Высота неподвижного диска должна составлять от 1,05 до 1,15 диаметра дозируемых шариков 10.
Выбор высоты дозирующего элемента 4 и неподвижного диска обоснован необходимостью ограничения по высоте свободного пространства над двумя шариками, находящимися в период между срабатываниями дозатора в отверстиях 41 и 61, друг над другом. В случае превышения указанных максимальных значений высоты дозирующего элемента 4 и неподвижного диска 6, могут возникнуть риски закусывания шариков при повороте дозирующего элемента 4.
Элемент 5 имеет высоту выступающей части 51, соответствующую от 3 до 5 диаметров дозируемых шариков 10. Осевой зазор между выступающей частью 51 элемента 5 и верхним торцом неподвижного диска 6 должен составлять от 0,2 до 0,5 диаметра дозируемых шариков 10. Это позволяет элементу 5 поворачиваться, не задевая неподвижный диск 6 и, при этом, перемешивать нижний слой дозируемых шариков 10, разделяя слипшиеся изделия.
Неподвижный диск 6 прижат к кольцевой опорной поверхности 11 корпуса 1 цилиндрическим стаканом 7. Вид соединения стакана 7 с корпусом 1 может быть любым, известным из уровня техники, и не является предметом защиты по настоящей заявке. Стакан 7 в совокупности с неподвижным диском 6 образуют емкость для размещения дозируемых шариков 10.
Дозирующий элемент 4, элемент 5, неподвижный диск 6 и стакан 7 установлены в корпусе 1 соосно друг другу.
В корпусе выполнено отверстие 12, в котором установлены последовательно спиральная пружина 8 и шток 9. На штоке 9 размещен винт 91, который - в собранном дозаторе - входит в прорезь 42 дозирующего элемента 4. Спиральная пружина 8 может быть цилиндрической, конической или бочкообразной. Ход штока 9 и, соответственно, рабочая деформация спиральной пружины 8 должны обеспечивать поворот дозирующего элемента 4 вокруг оси корпуса 1 на угол, при котором происходит максимальное совмещение отверстий 41 и 13.
Шток 9 может иметь ограничение хода за счет применения упорных элементов на своей цилиндрической или торцевой поверхности, контактирующих при выборе полного хода с соответствующей опорной поверхностью, выполненной в корпусе 1. В примере, изображенном на фиг .1 и фиг. 2, шток 9 не имеет упорных элементов, ограничивающих его полный ход.
Ограничение хода может быть выполнено косвенно - посадкой пружины 8 на витки.
В корпусе 1 выполнено также отверстие 13, сообщающее при срабатывании дозатора трубку 3 с отверстием 41 дозирующего элемента 4.
Длина пружины 8, ход штока 9 и координаты отверстий 13, 41 и 61 подобраны таким образом, что в исходном положении штока 9 (без срабатывания дозатора) отверстия 41 и 61 совмещены настолько, что шарик 10 может свободно попасть из внутреннего пространства стакана 7 через отверстие 61 в отверстие 41. При этом отверстия 41 и 13 не сообщаются между собой: поверхность корпуса 1 образует дно в отверстии 41. При полном ходе штока 9 отверстия 41 и 61 должны быть разобщены вследствие поворота дозирующего элемента 4 вокруг оси корпуса 1. При этом должны быть совмещены отверстия 41 и 13 с тем, чтобы шарик, находившийся в отверстии 41, мог свободно пройти в отверстие 13 и - далее - через трубку 3 к месту установки в форсунке (на фиг.не показана).
Крышка 2 имеет разборное соединение со стаканом 7. Предпочтительным является соединение крышки 2 со стаканом 7 по резьбе либо по переходной посадке.
Внутренний диаметр трубки 3 должен обеспечивать свободный проход дозируемых шариков 10 по трубке 3. Наружный диаметр трубки 3 должен обеспечивать свободный подвод трубки 3 к месту установки шариков в собираемой форсунке. Длина 31 трубки 3 определяется удобством использования предлагаемого дозатора шариков и не имеет каких-либо ограничений. Пространственная форма трубки 3 может быть любой.
Дозатор шариков работает следующим образом.
В стакан 7 загружают шарики 10, которые нужно дозировать. Два из загруженных шариков 10 по очереди неизбежно попадают в отверстие 61, причем один из шариков 10 проваливается далее - в отверстие 41, поскольку в исходном положении эти отверстия совмещены, и остается там.
Закрывают крышку 2.
Подводят трубку 3 к месту установки шариков 10 в форсунку (на фиг. не показана).
Нажимают на шток 9, перемещая его в направлении пружины 8 на величину полного хода.
При движении штока 9 винт 91 нажимает на боковую стенку прорези 42, поворачивая дозирующий элемент 4 вокруг оси корпуса 1. Одновременно с дозирующим элементом 4 поворачивается жестко связанный с ним элемент 5. Если над неподвижным диском 6 есть агломераты из слипшихся шариков, элемент 5 своей выступающей частью 51 разъединит их.
При повороте дозирующего элемента 4 отверстие 41 будет смещаться относительно отверстия 61. При этом сплошная поверхность верхнего торца дозирующего элемента 4 образует дно отверстия 61, препятствуя проходу к трубке 3 лишнего шарика. При дальнейшем повороте отверстие 41 в дозирующем элементе 4 совмещается с отверстием 13 в корпусе 1. Шарик 10, находившийся в отверстии 41, под действие силы тяжести проходит в отверстие 13 и далее - через трубку 3 - к месту установки.
При отпускании оператором штока 9 пружина 8 возвращает шток 9 в исходное положение. При этом винт 91 нажимает на вторую боковую сторону прорези 42, поворачивая дозирующий элемент 4 в обратном направлении. Отверстия 41 и 13 разобщаются. Совмещаются отверстия 41 и 61. Шарик 10, находившийся в отверстии 61, проходит в отверстие 41. Его место в отверстии 61 занимает следующий шарик 10 из емкости - стакана 7, если шарики 10 еще есть в стакане 7. Если шарики 10 закончились, оператор снимает крышку 2 и загружает новую порцию шариков 10.
Техническим результатом использования предлагаемой полезной модели является повышение надежности дозатора шариков, в том числе при использовании шариков со следами влаги или смазки на поверхности, обеспечение ремонтопригодности и возможности многоразового использования устройства.