多用途塞閉式送油泵的研發(fā)和運用研討剖析
單作用式的輸油泵多為2缸(一個進、出油孔),機泵活塞往復運行1次泵1次油。多用在同110mm缸徑以下小功率柴油機配套使用的i號、a型等高壓噴油泵上,在標定轉速1 100 r/m in時其供油能力最高可以達到100循環(huán)300 m l左右。
機泵(結構1)工作原理(見1a):挺柱體在偏心輪的驅動下推動頂桿使機泵活塞下行,后腔產生負壓,進油止回閥關閉,使前腔的燃油通過下油道打開的出油閥,流經上油道進入后腔。機泵活塞在機泵彈簧的作用下復位,前腔產生負壓,燃油通過開啟的進油止回閥進入前腔;出油止回閥關閉,后腔容積減小,壓力升高,使燃油流向噴油泵。手壓泵工作原理較簡單,類似打氣桶:手壓泵手柄上提,打開進油止回閥燃油進入前腔;手壓泵手柄下壓,進油止回閥關閉,打開出油止回閥,使燃油流向噴油泵。b為單作用式輸油泵的另一種形式(結構2),止回閥安裝在機泵活塞中,手壓泵同后腔接通,其原理同a相似,不再贅述。
大油量的雙作用輸油泵多為4缸(一對進、出油孔),在同等條件(轉速、供油壓力等)下其供油量相當于單作用式輸油泵的2倍,機泵活塞往復運行1次泵2次油。多用在同120 mm缸徑以上大功率柴油機配套使用的p2000, p3000型等高壓噴油泵上,在標定轉速1 100 r/m in時其供油能力最高可以達到100循環(huán)500 m l左右。工作原理見1c,挺柱體在偏心輪的驅動下推動頂桿使機泵活塞下行,后腔產生負壓,出油止回閥2關閉,燃油通過打開的進油止回閥2進入后腔;同時,前腔容積小,壓力升高,進油止回閥1關閉,使燃油通過打開的出油止回閥1流向噴油泵。機泵活塞在機泵彈簧的作用下復位,前腔產生負壓,出油止回閥1關閉,燃油通過打開的進油止回閥1進入前腔;同時,后腔容積減小,壓力升高,進油止回閥2關閉,使燃油通過打開的出油止回閥2流向噴油泵。手壓泵工作原理同單作用式輸油泵相同。
2單、雙作用式輸油泵的優(yōu)缺點
單作用式輸油泵運行1個循環(huán)泵油1次,當出油口被堵死時,機泵活塞依然在往復運行,此時燃油在泵體內前后循環(huán),不會出現(xiàn)泵內壓力無限升高的現(xiàn)象。如果雙作用式輸油泵出現(xiàn)出油口被堵死現(xiàn)象時就相當危險,燃油將繼續(xù)流向出油口,使泵體內的壓力不斷上升。如不及時排除堵塞,可能會使零部件發(fā)生損壞,如手泵手柄被手泵軸頂穿或輸油泵總成發(fā)生破壞性損壞等。為防止此種現(xiàn)象的發(fā)生,燃油的清潔,濾清器濾芯的及時更換等保證油路暢通的措施變得相當重要,同時提高泵體等零部件的加工精度和強度也是必要的。
3雙作用輸油泵的設計
2004年7月無錫威孚集團技術中心要求本公司開發(fā)一種大油量的輸油泵,與其新研制的p型高壓噴油泵(代號4p106, 6p107)匹配,以滿足6df系列、wd615 /618系列發(fā)動機配試的需要。
對于油量需求比較大的p型高壓噴油泵,特別是p2000, p3000型高壓噴油泵,標定轉速所需油量一般大于400 m l.普通單作用式的輸油泵在加大泵油行程,提高機泵彈簧剛度的情況下很難達到。即使達到此要求,也會使輸油泵總成的外形尺寸變大,與盡量減小柴油機外形體積,縮小裝配空間的設計發(fā)展方向相背離,可能會在同高壓噴油泵或柴油機的安裝中產生干涉。因此,有必要開發(fā)一種大油量,外形緊湊的輸油泵。設計人員隨即提出2種設計方案:方案1:在原pw型輸油泵的基礎上作部分尺寸調整,將泵油行程由6 mm加大到12 mm,將機泵活塞的直徑由22 mm加大到24 mm,同時提高機泵彈簧剛度。
方案2:設計一種新型的雙作用式輸油泵,將泵油行程縮小到5 5 mm,機泵活塞直徑仍為22mm.
經與無錫威孚集團技術中心商討,初步認為方案1油量雖滿足要求,但外形尺寸偏大,可能會在同柴油機安裝中產生干涉,不能使用;方案2外形尺寸滿足柴油機安裝要求,具備試制的可行性。設計人員首先試制了5臺新型輸油泵樣品(代號05s2022,,相關性能參數(shù)見),試驗發(fā)現(xiàn), 05s2022輸油泵在標定轉速1 100 r/m in時供油量不足。設計人員對原方案2重新進行調整,機泵彈簧剛度進一步提高,并建議無錫威孚集團將高壓噴油泵凸輪軸上的偏心輪改用雙偏心結構(活塞行程5. 5mm 2),再調試樣泵,供油量完全滿足要求。在此基礎上,設計人員又對10臺樣品進行了產品冷拖1 000 h可靠性試驗。
1 05s2022輸油泵的相關性能參數(shù)輸油壓力/m pa凸輪轉速/( r!m in - 1)100循環(huán)供油量/m l 0. 15 120 790 0. 15 750 640 0. 15 1100 410
4產品改進設計與試驗
05s2022雙作用式輸油泵在產品冷拖可靠性試驗300 h過程中出現(xiàn)了泵體的法蘭面開裂,出油端止回閥磨損,機泵活塞磨損嚴重(有一臺被頂桿頂穿)等不良現(xiàn)象。針對此類現(xiàn)象,設計人員采取了以下整改措施。
a.提高泵體材料牌號。
b.機泵活塞以機加工件(a)代替沖壓件(b),改善其外圓粗糙度、圓度,提高其表面硬度,保證其可靠性。
c.對止回閥的材料提出耐磨性要求。將原輸油泵使用的三角形導向外圓件(a,試驗中出現(xiàn)磨損,強度、耐磨性不能滿足要求),改為圓柱形導向外圓件(b);對原材料提出定點采購,提高外圓的粗糙度、端面平面度等技術要求,保證其耐磨性。
d.對機泵彈簧提出剛度要求。將原輸油泵使用的圈數(shù)為10. 5圈,有效圈數(shù)為8. 5圈,直徑為2. 3mm的彈簧(a),改為圈數(shù)為9. 5圈,有效圈數(shù)為7. 5圈,直徑為2. 5 mm的彈簧(見圖5b),保證了彈簧的預緊力,提高了彈簧的剛度。
重新對改進后的產品總成做可靠性試驗,試驗運行500 h過程中泵體各部位沒有出現(xiàn)裂紋,活塞磨損在要求之內,但出油端止回閥仍然有劇烈磨損出現(xiàn)。相關技術人員對此進行分析,最終認為是出油管接頭中孔同止回閥外圓之間的配合間隙過大所至,于是將配合間隙由原來的0. 150 0. 300 mm改為0. 050 0. 015 mm.在此期間,杭州汽車發(fā)動機廠提出濾油杯結構不可靠,故對此結構進行了重新設計,代號定為05s2023,結構見6,并立即組織試制了10臺05s2023輸油泵樣品。試驗結果表明,產品供油性能等指標明顯好于05s2022輸油泵,濾油杯結構可靠性也得到提高,并再次送樣無錫威孚集團做產品冷拖可靠性試驗。
改進后的雙作用式05s2023輸油泵在產品冷拖可靠性試驗1 000 h過程中沒有出現(xiàn)任何故障,各零部件磨損正常,各項性能指標仍滿足要求。
5結論
雙作用式輸油泵具有結構緊湊、外形小、工作強度較高、供油能力較強等優(yōu)點,可以滿足設計日益緊湊的發(fā)動機要求。同時,雙作用式輸油泵對其裝配部件總體要求必須提高,包括其材料、加工精度、連接強度和配合間隙等方面,以滿足其可靠性、平均故障時間等相關產品技術要求。最后,對于雙作用式輸油泵對油路暢通的要求也必須引起注意,因高壓油泵靠近柴油機的排氣管,溫度較高,因此應防止輸油泵發(fā)生斷裂、破損漏油等問題造成發(fā)生火災等重大經濟事故。

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