СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МУФТЫ ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА

Настоящая полезная модель относится к устройствам для испытания, регулировки и обкатки узлов топливоподающей аппаратуры двигателя внутреннего сгорания, в частности, муфты опережения впрыска топлива (МОВТ).
Испытание МОВТ состоит в определении угла разворота полумуфты при различной частоте вращения кулачкового вала [1]. Обкатку МОВТ выполняют при тех же постоянных частотах, т.е. при фиксированных положениях грузов, что является недостатком, поскольку отсутствует перемещение подвижных частей МОВТ.
Известен стенд для испытания МОВТ, содержащий в приводе вращения испытываемой МОВТ возбудитель крутильных колебаний в виде спаренного кулачкового механизма, включающего закрепленный на столе стенда цилиндрический корпус с крышкой, в корпусе на подшипниках установлен ведущий полувал, один конец которого связан с приводом стенда, другой, расположенный в полости корпуса, снабжен сепаратором, в радиальных пазах которого размещены толкатели с роликами по концам толкателя, в крышке корпуса на одной оси с ведущим полувалом установлен на подшипниках ведомый полувал, на конце которого, обращенном к сепаратору с толкателями, размещены установленные по касательной к окружности сечения ведомого полувала поворотные лопатки, взаимодействующие с толкателями в сепараторе, а также связанные, для обеспечения силового замыкания, с телом сепаратора через посредство упругих элементов, на другом конце ведомого полувала имеется приспособления для закрепления испытываемой МОВТ, в корпусе возбудителя крутильных колебаний, соосно полувалам ведущему и ведомому, установлена с охватом сепаратора вкруговую программирующая шайба с внутренними кулачками заданной высоты таким образом, что по ее рабочей поверхности с кулачками прокатываются внешние ролики толкателей и через посредство возвратно-поступательно движущихся толкателей одновременно с вращением полувалов возбуждают крутильные колебания ведомого полувала с испытуемой МОВТ [2].
Недостатком такого стенда является большие габариты вследствие нерационального соотношения размеров составных частей (кинематических звеньев) и повышенная шумность работы из-за использования радиально движущихся толкателей и свойственного такой схеме явления «перекладки» толкателей в направляющих [3].
Целью разработки настоящей полезной модели является снижение уровня шумности работы стенда для испытания МОВТ и уменьшение габаритных размеров возбудителя крутильных колебаний путем оптимизации соотношения и параметров взаимоположения кинематических элементов механизма.
Сущность новшества поясняется нижеследующими схемами и теоретическими выкладками с приложением примеров расчета.
На фиг.1 представлена принципиальная схема стенда для испытания МОВТ; на фиг.2 - кинематическая схема возбудителя крутильных колебаний с плоским толкателем-рычагом; на фиг.3 - график целевой функции оптимизации угла между плечами двуплечего рычага-толкателя и соотношения размеров кинематических звеньев механизма.
Стенд для испытания МОВТ (фиг.1) содержит привод с вариатором 1, стол 2, на котором установлен возбудитель крутильных колебаний, включающий корпус 3 с крышкой 4, в которых на подшипниках 5 и 6 установлены соответственно ведущий полувал 7, связанный с приводом 1 стенда, и ведомый полувал 8, снабженный приспособлением для закрепления испытываемой МОВТ 9. На ведущем полувалу 7 установлен кулачковый механизм 10 возбудителя крутильных колебаний, который взаимодействует с программирующей шайбой 11, установленной в корпусе 3, и преобразует перемещения рычага-толкателя 12 с роликом 13 в тангенциальные колебания ведомого полувала 8, накладываемые на его вращение от ведущего полувала 7. Силовое замыкание в соединении шайба 11 - ролик 13 обеспечивается упругим элементом 14 в виде пружины сжатия.
1
Функционирование возбудителя крутильных колебаний поясняется кинематической схемой (фиг.2), где дополнительно обозначены: 15 - поворотные лопатки ведомого полувала; 16 - опора двуплечего рычага-толкателя 12 в виде тела сепаратора, закрепленного на ведущем полувалу 7. Упругий элемент 14 одним концом упирается в тело сепаратора 16, другим - в лопатку 15. Буквенные обозначения здесь: Rвп - радиус впадин программирующей шайбы 11; Rк - радиус вершин кулачков 18 шайбы 11 (Rвп-Rк=hк - высота кулачка и одновременно высота подъема ролика 13); r - длина ведущего плеча двуплечего рычага-толкателя; l - расстояние центра O поворота рычага 12 от центра O вращения ведомого полувала 8; ψ - угол (или координата положения) между плечами двуплечего рычага-толкателя 12-17.
1
Работает стенд (фиг.1 и 2) следующим образом. Момент от электродвигателя М через вариатор скорости 1 подается на ведущий полувал 7, который, вращаясь равномерно по стрелке ω, приводит во вращение в том же направлении закрепленные на осях в сепараторе 16 рычаги-толкатели 12 с роликами 13, которые обкатываются по рабочей поверхности программирующей шайбы 11 и, взаимодействуя с кулачками 18, поворачивают по часовой стрелке рычаг 12 вокруг оси O. Другое плечо 17 рычага 12 при этом воздействует на поворотную лопатку 15 и дополнительно поворачивает ведомый полувал 8 в направлении вращения ω, придавая ему дополнительное ускорение на период подъема на высоту кулачка 18. В процессе последующего схода ролика 13 с кулачка 18 под действием усилия упругого элемента 14, сил сопротивления подшипников 6, а также поворота рычагов 12 в противоположном направлении от действия центробежной силы возникает импульс обратного ускорения, в результате угловая скорость вращения уменьшается на период опускания на высоту кулачка. Колебания ведомого полувала изменяют мгновенное значение угловой скорости, средняя скорость вращения  полувала 8 остается стабильной в течение одного его полного оборота.
Крутильные колебания ведомого полувала с закрепленной на нем МОВТ возбуждают периодическое раскрытие и смыкание грузов испытываемой МОВТ, т.е. смещение полумуфт, и тем самым обеспечивают приработку трущихся поверхностей во всем диапазоне угла разворота полумуфт МОВТ.
Амплитуда крутильных колебаний (угол поворота полувала ведомого) определяется соотношением длин звеньев 12, 17 и 15.
Поставленная цель достигается в настоящей полезной модели тем, что толкатели, в отличие от прототипа [2], выполнены в виде двуплечих рычагов с роликами на концах, а ось поворота каждого из рычагов закреплена в теле сепаратора. При этом ведущее и ведомое плечи двуплечего рычага выполнены под оптимальным углом  радиан (90°) друг к другу и длина ведущего плеча установлена такой величины, что выполняется оптимальное соотношение , где λ и ν кинематические параметры возбудителя.
Указанные соотношения параметров и предлагаемая форма двуплечего рычага-толкателя обоснованы следующими теоретическими положениями и выкладками.
1
2
2
2
0
1
2
Рассмотрим кинематическую схему возбудителя крутильных колебаний (фиг.2). Ее основой является треугольник OOO, образованный звеньями r, l и OO. Если заданы Rвп, ρ и l, то длина звена OO, равная R=Rвп-ρ будет зависеть от длины звена r, которое будет определять амплитуду колебаний ведомого полувала и вообще их динамику. Угол ψ между линией ведущего плеча 12 и линией, связывающей центры O и O определяет длину звена OO и кинематику всего возбудителя.
На основании теоремы косинусов имеем:
Откуда
Обозначим  и  и получим
Продифференцируем выражение (3) по λ:
опт
Запишем условие для нахождения λ:
Или после избавления от знака «минус» и умножения левой и правой части уравнения на :
Равенство (6) выполняется при одном условии (1≡1), если
Тогда
опт
После подстановки λ из выражения (8) в (3):
опт
Величина ψ=1,571 радиан является своего рода глобальным оптимумом, т.к. имеет место при всех λ и ν, что иллюстрируется графиком (фиг.3), построенным для значений, принятых в качестве примера:
Случай 1
Случай 2
Случай 3
Rвп=70 мм
Rвп=70 мм
Rвп=70 мм
ρ=10 мм
ρ=10 мм
ρ=10 мм
R<sub>o</sub>=60 мм
R<sub>o</sub>=60 мм
R<sub>o</sub>=60 мм
l<sub>1</sub>=40 мм
l<sub>2</sub>=30 мм
l<sub>3</sub>=24 мм
<img file="00000021.tif" he="11" wi="44" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000022.tif" he="10" wi="28" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000023.tif" he="10" wi="31" img-content="undefined" img-format="tif" />
λ'=0,5…2,5
λ”=1…3,0
λ′′′=1,5…3,5
Расчеты выполнены по формуле (3) и сведены в табл.:
λ
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
2,75
3,00
3,25
3,50
ψ<sub>1</sub>
3,14
2,05
1,70
1,45
1,23
1,03
0,81
0
-
-
-
-
ψ<sub>2</sub>
-
-
3,14
2,18
1,82
1,55
1,32
0,86
0,52
0
-
-
ψ<sub>3</sub>
-
-
-
-
3,14
2,25
1,89
1,37
1,14
0,9
0
опт
1
опт
2
опт
3
Из фиг.3 и (8) также следует, что в качестве частных оптимумов λ могут быть приняты λ'=1,118 при ν=1,5; λ”=1,732 при ν=2; λ′′′=2,291 при ν=2,5 и т.п.
Таким образом, по оптимальным значениям ψ; λ определяют r; l при заданных Rвп, ρ и ν, что позволяет рационализировать выбор габаритов, формы и компановки возбудителя колебаний стенда.
Использованные источники информации:
1. Загородских Б.П., Лялякин В.П., Плотников П.А. Ремонт и регулирование топливной аппаратуры автотракторных и комбайновых дизелей. - М.: ФГНУ «Росинформтех», 2006. - С.185, 193.
2. А.С. СССР №757904. Стенд для испытания муфты опережения впрыска топлива. - Бюл.№31, 23.08.80. Прототип.
3. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник. - М.: Машиностроение. - С.203…216.