СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО НАГРУЖЕНИЯ ПЛУНЖЕРНЫХ ПАР ТНВД
METHOD FOR IMPULSE LOADING OF PLUGER PAIRS OF HPFP

Изобретение относится к технологии производства топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано при автофретировании и испытаниях компонентов топливных систем Common Rail.
Топливная аппаратура двигателей внутреннего сгорания включает гидравлические компоненты, внутренние полости которых в эксплуатации нагружены высоким давлением топлива. Особенно это относится к компонентам систем Common Rail, в которых во время работы двигателя находится топливо под давлением порядка 160 МПа и выше. Ярким примером могут служить втулки плунжеров топливных насосов высокого давления (далее -ТНВД).
Создание колебаний давления топлива или других жидкостей, применяемых в роли технологических жидкостей, во внутренних полостях втулок плунжеров в процессе производства плунжерных пар ТНВД может быть целесообразно, по крайней мере, в двух случаях: во-первых, для осуществления автофретирования - гидроимпульсного упрочнения и, во-вторых, при испытаниях - для имитации эксплуатационного нагружения.
Известен способ гидравлического испытания, предполагающий использование для испытаний двух рабочих сред с различными физико-химическими характеристиками и включающий следующие этапы:
- заполнение внутренней полости испытуемого изделия первой рабочей средой,
- создание во внутренней полости испытуемого изделия начального давления и последующее изменение давления до заданного значения с помощью усилителей давления, выполненных в виде бустерных цилиндров, подключаемых к испытуемому изделию параллельно;
- отключение при достижении заданного уровня давления во внутренней полости изделия всех бустерных цилиндров, кроме одного;
- выдержка испытуемого изделия под давлением в течении заданного временного интервала (пат. RU 2649619, опубл. 04.04.2018. Бюл. №10).
По известному решению, первая рабочая среда, используемая для привода усилителей давления, представляет собой гидравлическое масло. В качестве второй рабочей среды, применяемой для заполнения внутренней полости изделия, используется вода.
После достижения с помощью бустерных цилиндров заданного уровня давления испытания продолжают при постоянном давлении. Количество бустерных цилиндров, необходимое для осуществления известного способа, может быть равно единице, но предпочтительным вариантом является поочередное использование множества бустерных цилиндров с последовательно увеличивающимися коэффициентами усиления. При этом каждый бустерный цилиндр укомплектован отдельным насосом двойного действия для привода.
К недостаткам известного решения относятся:
- необходимость использования бустерных цилиндров с различными коэффициентами усиления;
- необходимость использования отдельных насосов для привода каждого бустерного цилиндра;
- использование воды в качестве одной из рабочих сред, что создает риски коррозионного повреждения деталей или удорожает процесс из-за необходимости в воду введения антикоррозионных присадок;
- проведение испытаний при постоянном давлении.
В различных отраслях техники широко распространены пневмогидравлические агрегаты. К их числу относятся, например, пневмогидравлические насосы, предназначенные для создания давления в какой-либо полости или перекачки жидкости под высоким давлением. Как правило, пневмогидроусилитель содержит поршневую и штоковую или плунжерную камеры, из которых первая имеет больший диаметр, а вторая - меньший, причем, роль плунжера выполняет шток, жестко соединенный с поршнем (Пневмогидравлический привод. [Электронный ресурс]. URL: https://xn--80adfdbscmorebdjpezh9nvd.xn--plai/shop/product/pnevmogidravlicheskiy-privodpnevmogidravlicheskiy-privod/ (дата обращения: 06.01.2022)).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков решением - прототипом предлагаемого изобретения - являются испытания с использованием гидравлических насосов высокого давления с пневматическим приводом производства компании HYDRAULICS International Inc., включающие поочередный подвод и отвод сжатого воздуха к пневматическому приводу насоса (Лимаев С.Л. Гидравлические насосы высокого давления с пневматическим приводом [Электронный ресурс]. URL: https://hiipumps.ru/download/literature/PumpsRus.pdf (дата обращения: 06.01.2022)). Плунжер гидравлического насоса, необходимого для проведения испытаний, жестко связан с поршнем пневматического привода. Источником сжатого воздуха для пневматического привода является внешний источник - пневмосеть. Система управления насоса, необходимого для осуществления испытаний изделия, включает ассиметрично нагруженный реверсивный золотниковый распределитель и клапаны.
Перемещение поршня пневматического привода может осуществляться за счет подачи воздуха как в обе полости - над и под поршнем, так и за счет подачи только в полость под поршнем с обеспечением хода всасывания возвратной пружиной, установленной в полости под поршнем.
Используемое при испытаниях известное устройство не может быть подключено к электрической сети и предназначено для разовых и периодических испытаний различных изделий под давлением до 5516 бар.
Известно, что государственный стандарт ГОСТ ISO 9000-2011 «Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь» определяет понятие «эффективность», как «связь между достигнутым результатом и использованными ресурсами». С этой точки зрения, необходимость для осуществления известного решения отдельного гидравлического насоса понижает его эффективность.
К недостаткам известного решения относятся невозможность осуществления программы нагружения изделий с заданной частотой импульсов, наличие отдельного гидравлического насоса, усложняющего конструкцию, техническое обслуживание и удорожающего устройство для осуществления испытаний, а также отсутствие клапана сброса давления из линии нагнетания после завершения испытаний.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка эффективного способа импульсного нагружения плунжерных пар ТНВД, позволяющего обеспечить заданное циклическое изменение давления в полостях нагружаемых изделий. Это позволит осуществлять упрочнение втулок плунжеров ТНВД за счет автофретирования и выполнять испытания плунжерных пар ТНВД при имитации реальных условия эксплуатации.
Решение поставленной технической задачи достигается за счет:
- применения в качестве гидравлического насоса в установке, необходимой для осуществления предлагаемого способа, непосредственно испытуемого изделия - плунжерной пары ТНВД;
- управления движением поршня пневматического привода электроклапанами, получающими соответствующий сигнал от электронного блока управления;
- использования двух режимного - ручного и автоматического - управления электроклапанами пневматического привода;
- использования для перемещения поршня пневматического привода изменения давления воздуха в полостях над и под поршнем;
- использования для перемещения плунжера испытуемой плунжерной пары ТНВД, применяемой в качестве гидравлического насоса, на рабочем ходе перемещения штока поршня пневматического привода, а для перемещения упомянутого плунжера в обратном направлении - возвратной пружины плунжера плунжерной пары ТНВД;
- обеспечения постоянного контакта между торцами штока поршня пневматического привода и упомянутого плунжера плунжерной пары ТНВД за счет поджатая плунжера к штоку поршня возвратной пружиной;
- сброса давления из линии нагнетания после завершения испытаний.
Новизной в предлагаемом способе импульсного нагружения плунжерных пар ТНВД является сочетание
- применения в качестве гидравлического насоса в установке, необходимой для осуществления предлагаемого способа, непосредственно испытуемого изделия - плунжерной пары ТНВД;
- управления движением поршня пневматического привода электроклапанами пневматического привода, получающими соответствующий управляющий сигнал от электронного блока управления;
- использования двух режимного - ручного и автоматического - управления электроклапанами пневматического привода;
- использования ручного режима управления электроклапанами пневматического привода в том числе для прокачки линии нагнетания и удаления из нее воздуха;
- использования для перемещения плунжера испытуемой плунжерной пары ТНВД, применяемой в качестве гидравлического насоса, на рабочем ходе перемещения штока поршня пневматического привода, а для перемещения упомянутого плунжера в обратном направлении - возвратной пружины плунжера плунжерной пары ТНВД;
- обеспечения постоянного контакта между торцами штока поршня пневматического привода и упомянутого плунжера плунжерной пары ТНВД за счет поджатая плунжера к штоку поршня возвратной пружиной;
- сброса давления из линии нагнетания после завершения испытаний. Предлагаемый способ импульсного нагружения плунжерных пар ТНВД
осуществляется следующим образом.
Испытуемое изделие - плунжерную пару - устанавливают на стенд. При этом, с помощью регулировочных элементов, обеспечивают такое ее осевое положение относительно штока пневматического привода, чтобы торец плунжера был поджать возвратной пружиной к торцу штока.
С помощью электронного блока управления, в ручном режиме управления электроклапанами пневматического привода выполняют от пяти до семи возвратно-поступательных перемещений поршня пневматического привода и находящегося с ним в постоянном контакте плунжера плунжерной пары ТНВД, применяемой в качестве гидравлического насоса, для прокачки линии нагнетания технологической жидкостью и удалении воздуха. В качестве технологической жидкости предлагаемый способ предполагает использование моторного масла.
Электронный блок управления обеспечивает одновременную подачу управляющих сигналов на электроклапаны пневматического привода по следующей схеме:
1) Впуск воздуха в полость над поршнем, выпуск воздуха из полости под поршнем.
2) Выпуск воздуха из полости над поршнем, впуск воздуха в полость под поршнем. Предпочтительным является управление электроклапанами с помощью широтно-импульсно модулированных сигналов. Изменяя продолжительность и частоту подачи управляющих сигналов, можно установить заданный режим нагружения испытуемого изделия. Выбранные параметры могут быть сохранены запоминающим устройством электронного блока управления для повторения в будущем в автоматическом режиме управления.
По командам (сигналам) электронного блока управления электроклапаны последовательно открывают подвод и отвод сжатого воздуха к полостям над и под поршнем пневматического привода.
Заглушают выходной штуцер плунжерной пары. К линии нагнетания подключают датчик давления, связанный с электронным блоком управления.
С помощью электронного блока управления включают нужный режим подачи управляющих сигналов на электроклапаны пневматического привода.
Продолжительность испытаний и/или гидроимпульсного упрочнения определяется заданным количеством циклов нагружения или прочностью испытуемых изделий.
В случае разрушения испытуемого изделия или любой части линии нагнетания, давление в линии нагнетания быстро понизится. Электронный блок управления среагирует на это, отключив подачу сигналов на электроклапаны пневматического привода.
В случае достижения заданного количества циклов нагружения без разрушения испытуемого изделия или какой-либо части линии нагнетания, электронный блок управления так же отключит подачу управляющих сигналов на электроклапаны пневматического привода.
Процесс будет остановлен автоматически.
Приводят в действие клапан сброса давления из линии нагнетания (если испытуемое изделие и все части линии нагнетания остались целыми после нагружения).
Если объектом испытания и/или упрочнения являлась плунжерная пара ТНВД, находившаяся в непосредственном механическом контакте со штоком пневматического привода, ее демонтируют со стенда и вместо нее устанавливают новую плунжерную пару. Если объектом испытания и/или упрочнения являлось также дополнительное изделие, подключенное к упомянутой плунжерной паре через топливопровод высокого давления, демонтируют и заменяют новым это изделие.
При осуществлении предлагаемого способа импульсного нагружения плунжерных пар ТНВД к плунжерной паре, находящейся в механическом контакте со штоком пневматического привода, могут быть подключены через топливопроводы высокого давления дополнительные изделия, подлежащие испытаниям или гидроупрочнению. В качестве таких изделий могут быть использованы любые гидравлические компоненты топливных систем, внутренние полости которых в эксплуатации нагружены высоким давлением топлива, в том числе - аккумуляторы, корпуса форсунок, корпуса распылителей и др.
Техническим результатом предлагаемого в качестве настоящего изобретения способа импульсного нагружения плунжерных пар ТНВД является повышение эффективности процессов испытаний и гидроупрочнения гидравлических компонентов топливной аппаратуры, повышение безопасности работ, а также возможность выполнения упрочнения компонентов топливной аппаратуры путем их автофретирования, возможность выполнять гидравлические испытания при переменном давлении, возможность имитировать эксплуатационные режимы работы компонента топливной аппаратуры, что может быть использовано при проведении, например, прочностных или ресурсных испытаний компонентов.