Профилирование кулачков ТНВД

Профиль топливного кулачка или кулачковой шайбы оказывает большое влияние на закон подачи и динамику привода насоса высокого давления, поэтому выбору его конфигурации должно уделять большое внимание. При профилировании кулачка следует руководствоваться некоторыми общими требованиями:

• начало геометрической подачи топлива должно осуществляться при значительных скоростях движения плунжера, зависящих от назначения и быстроходности дизеля;
• продолжительность геометрической подачи должна быть такой, чтобы обеспечивалась требуемая действительная продолжительность впрыска;
• на участке геометрической подачи желательно обеспечивать возрастающую подачу топлива с тем, чтобы к моменту отсечки плунжер вытеснял максимальное количество топлива в секунду;
• фазу подачи топлива следует стремиться осуществлять по возможности 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;
• профиль кулачка должен быть технологичным.

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.

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 топливных насосов 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 ходе.

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, обусловливаемый движением толкателя. Это искажение усиливается упругостью деталей привода: закручиванием кулачкового вала, его прогибам в процессе большого нагружения, сжатием толкателя и самого плунжера, деформациями топливопровода и др. 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.

Сравнение трех известных характерных профилен 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.

При выпуклом профиле кулачка, очерченного дугами окружностей, возникают большие положительные ускорения и малые отрицательные. Последнее обстоятельство улучшает условия работы пружин.

При вогнутом профиле, образованном дугами окружностей, происходит более 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.