Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований
1.1 Анализ условий работы и причин отказов дизельной топливной аппаратуры и
1.2 Аналитический обзор основных направлений повышения надежности прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры 14
1.2.1 Улучшение очистки топлива 21
1.2.2 Изменение свойств конструкционных материалов 29
1.2.3 Применение альтернативных топливо-смазочных материалов 33
1.3 Цель и задачи исследований 41
2 Теоретические предпосылки улучшения трибологических свойств смазочной среды прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры применением смесевого минерально-растительного топлива 43
2.1 Снижение износа прецизионных пар введением в состав смесевого топлива рапсового масла 48
2.2 Обоснование модели взаимодействия прецизионной пары при наличии органических пав смесевого топлива
2.3 Демпфирующее действие пленки пав в условиях абразивного изнашивания 61
2.4 Влияние смесевого топлива на ресурс плунжерной пары 79
3 Программа и методика экспериментальных исследований 83
3.1 Программа исследований 83
3.2 Методика лабораторных исследований физико-химических свойств смесевого минерально-растительного топлива 85
3.3 Методика определения диаметра пятна износа на че-тырехшариковой машине трения 91
3.4 Методика износных испытаний образцов на роликовой машине трения 2070 смт-1 93
3.5 Методика стендовых исследований плунжерных пар дизельной топливной аппаратуры на модернизированном насосном стенде ки-921м 97
3.6 Рентгеноструктурный анализ рабочих поверхностей изношенных деталей прецизионных пар 99
3.7 Методика ресурсных испытаний плунжерных пар 102
3.8 Оценка погрешностей величины измерения 104
Выводы 105
107
4 Результаты экспериментальных исследований 107
4.1 Экспериментальная оценка физико-химических свойств смесевых топлив и обоснование рационального состава смесевого минерально-растительного топлива 124
4.2 Экспериментальная оценка трибологических свойств смесевых топлив при испытаниях на четырехшариковой машине трения маст -1
4.3 Экспериментальная оценка износа образцов при испытаниях на роликовой машени трения 2070 смт-1 126
4.4 Экспериментальная оценка износа плунжерных пар при испытаниях на модернизированном насосном стенде ки-921м 129
4.5. Оценка состояния поверхностных слоев деталей сопряжения после износных испытаний 134
4.6 Результаты рентгеноструктурного анализа изношенных поверхностей деталей плунжерных пар 137
4.7 Результаты ресурсных испытаний плунжерных пар 141
Выводы 142
5 Практическое применение и экономическая эффективность результатов исследования 145
5.1 Технология приготовления смесевого минерально-растительного топлива 145
5.2 Экономическая эффективность применения смесевого минерально-растительного топлива с целью повышения ресурса плунжерных пар 148
Общие выводы 152
Литература
- Аналитический обзор основных направлений повышения надежности прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры
- Обоснование модели взаимодействия прецизионной пары при наличии органических пав смесевого топлива
- Методика лабораторных исследований физико-химических свойств смесевого минерально-растительного топлива
- Экспериментальная оценка трибологических свойств смесевых топлив при испытаниях на четырехшариковой машине трения маст
Введение к работе
Развитие современной сельскохозяйственной техники характеризуется повышенными требованиями к качеству машин, напрямую связанному с долговечностью их пар трения.
Актуальной является задача совершенствования существующих технологий ремонта, технического обслуживания и повышения ресурса деталей машин, на базе последних разработок в области триботехнологий, позволяющих в значительной мере повышать надежность узлов и агрегатов машин за счет управления пррцессами в зонах трения.
В большинстве с.-х. предприятий РФ применяются гусеничные и колесные тракторы различных тяговых классов, оснащенные дизельными двигателями. Многочисленные исследования показали, что до 70...80% отказов машин происходит из-за износа узлов трения, а на их ремонт ежегодно расходуются значительные средства, выпускается огромное количество запасных частей, а ремонтом заняты миллионы рабочих.
Наибольшему отказу подвержены прецизионные детали топливной аппаратуры (до 54%), а также цилиндро-поршневой группы (Ці 11) и кривошипно-шатунного механизма (КШМ) двигателя (до 27%) [3, 4, 11, 16, 30, 43, 71, 144, 152]. Наиболее частыми дефектами ТНВД и форсунок являются соответственно заклинивание и износ плунжера, зависание иглы распылителя и разгерметизация нагнетательного клапана по запирающему конусу [3,4,152].
Следовательно, к основным сопряжениям, лимитирующим надежность топливной аппаратуры, дизельного двигателя и трактора или автомобиля в целом, относятся прецизионные пары (втулка - плунжер, нагнетательный клапан -седло клапана, корпус распылителя - игла). При выходе из строя одной из прецизионных пар неизбежен преждевременный ремонт и простои трактора (автомобиля), 4что ведет к значительным экономическим потерям. По данным большинства исследований [3, 4, 11, 16, 43, 71, 144, 152] ресурс дизельной топливной аппаратуры значительно ниже нормативного. Это объясняется тяжелыми
условиями работы прецизионных пар: загрязнение дизельного топлива абразивом, действие значительных нагрузок и динамический характер их приложения [11, 95, 127, 168] и др., а также недостаточной оснащенностью ремонтных предприятий необходимым оборудованием, специальными приборами, квалифицированными кадрами. Так же большое отрицательное влияние оказывает невозможность точной настройки топливной аппаратуры при использовании существующего оборудования. К тому же регулировка осуществляется только на номинальном режиме работы, тогда как в реальных условиях дизель зачастую работает при недогрузке или при кратковременных перегрузках. Низок уровень технического обслуживания топливной аппаратуры дизеля в эксплуатации, что вызывает необходимость частых ремонтов.
В связи с перечисленными причинами и сложностями экономического характера на современном этапе возникает необходимость изыскания наиболее экономичных и эффективных способов повышения износостойкости прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры.
При увеличении зазоров плунжерных пар снижается подача топлива, ухудшается качество распыливания, нарушается регулировка топливного насоса, возникают перебои в работе двигателя и даже его остановки [4, 13, 17, 43, 64, 110]. При неправильной регулировке или неисправности одной форсунки дизеля расход топлива увеличивается на 10...20% [ПО, 144, 152]. Таким образом, состояние дизельной топливной аппаратуры оказывает большое влияние на работу двигателя в целом.
Исследования показывают, что прецизионные пары являются ресурсоопре-деляющими сопряжениями топливной аппаратуры и дизеля в целом. Плунжерные пары насосов высокого давления работают в условиях больших нагрузок и интенсивного истирания. В процессе возвратно-поступательного движения плунжера при малых зазорах происходит интенсивное изнашивание как цилиндрических поверхностей плунжера и гильзы, так и их кромок и торцов [4, 152]. Поэтому материалы плунжерных пар должны иметь высокую твердость и изно-
7 состойкость в условиях повышенного давления топлива. Данные детали изготавливаются с высокой точностью из дорогостоящих легированных и инструментальных сталей (ХВГ, Р18, ШХ-15, 18Х2НЧВА и 25Х5МА) [108]. Износостойкость деталей прецизионных пар лимитирует ресурс топливных насосов и форсунок, оказывает существенное влияние на топливную экономичность и мощность дизелей.
На величину изнашивания прецизионных пар оказывает влияние множество факторов, учесть которые полностью при проведении исследований не представляется возможным. Большинство исследователей [3, 4, 11, 16, 30, 43, 71, 144, 152, 175, 176] сходятся во мнении, что основными видами изнашивания в данных сопряжениях являются абразивное и гидроабразивное.
Наиболее нежелательным явлением считается заклинивание абразивных частиц между окнами и кромками плунжера в кольцевом зазоре. Поверхности плунжера и втулки изнашиваются неравномерно. Абразивный износ преобладает в области наполнительных окон втулки и торца плунжера, перекрывающего кромки окон втулки. Износ прецизионных поверхностей также наблюдается в районе любого назначения перепускных отверстий и перекрываемых ими кромок [4, ПО, 152]. За первые 300 ч у плунжера начальный зазор в 1...4 мкм может увеличиться на 3...5 мкм. Наибольшие изменения в процессе топливо-подачи наблюдаются при увеличении зазора в плунжерной паре, минимальные - при повышении зазора в распылителе [110].
Таким образом, можно сделать заключение, что наиболее рациональным способом повышения ресурса прецизионных пар топливной аппаратуры является уменьшение изнашивания сопрягаемых деталей. Такого эффекта можно добиться несколькими способами:
увеличением твердости плунжера и втулки;
улучшением фильтрования топлива;
увеличением смазывающей способности топлива.
С точки зрения простоты применения наиболее перспективным является
последний способ. Н.И. Итинская в своей работе [73, 74] упоминает о положи
тельном влиянии увеличения вязкости топлива на уменьшение величины изна
шивания 'прецизионных пар. В то же время чрезмерное увеличение вязкости ве
дет к нарушению работы топливной аппаратуры.
II Повысить смазывающую способность можно применением альтернатив-
ных топлив биологического происхождения, в частности, на основе рапсового масла. Как показали предварительные испытания на четырехшариковой машине трения МАСТ-1, добавление в дизельное топливо 10...15% рапсового масла привело к уменьшению диаметра пятна износа, что позволяет сделать предположение о положительном влиянии такого смесевого топлива на детали топливной аппаратуры дизеля.
В связи с этим актуальным является поиск и всестороннее исследование путей снижения износа прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» (Самарская ГСХА) на 2005...2010 гг. и темой «Разработка и внедрение методов совершенствования режимов смазки и рационального использования масел в смазочных и гидравлических системах сельскохозяйственной техники» (№ ГР 01980001759).
Цель исследования. Повышение ресурса плунжерных пар топливного насоса высокого давления тракторных дизелей применением смесевого минерально-растительного топлива.
Объект исследования. Процесс смазывания плунжерных пар ТНВД при
t применении смесевого минерально-растительного топлива.
9 Предмет исследования. Закономерности и условия трения в сопряжениях плунжерных пар ТНВД УТН-5А при смазывании смесевым минерально-растительным топливом.
Научная новизна. Модель действия демпферной пленки в сопряжениях
прецизионных пар и механизм влияния смесевого минерально-растительного
^ топлива на ресурс плунжерных пар ТНВД; рациональный состав и компоненты
смесевого топлива для использования в системе питания дизеля без изменения конструкции, коэффициент абразивной агрессивности к, характеризующий влияние смазочной среды на режим трения в сопряжении.
Достоверность результатов работы. Достоверность подтверждается срав
нительными исследованиями трибологических свойств смесевого минерально-
растительного и минерального дизельного топлива 3-0,2 на четырехшариковой
машине трения МАСТ-1 и роликовой машине трения 2070 СМТ-1, на модерни
зированном стенде КИ-921М, имитирующим условия работы топливной аппа-
ратуры в условиях повышенной загрязненности топлива, а также на специально
сконструированном стенде для ресурсных испытаний ТНВД; применением со
временных технических средств измерения и методов обработки эксперимен-
I тальных данных на ПЭВМ с использованием прикладных программ Microsoft
Excel, Statistica v.5.5.А и MathCAD 2001.
Практическая ценность работы. Рациональный состав смесевого минерально-растительного топлива, компонентом которого является рапсовое масло, рекомендуется для использования в тракторных дизелях без каких-либо конструктивных изменений штатной системы питания. Предложенный коэффициент .абразивной агрессивности к позволяет выбрать рациональный состав смесевого топлива для конкретных условий работы. Установка, изготовленная по предложенной схеме, позволяет наладить производство смесевого минерально-растительного топлива. Модернизированная система питания дизеля позволяет использовать смесевое минерально-растительное топливо.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований по
і снижению износа плунжерных пар ТНВД применением смесевого минерально-
10 растительного топлива приняты к внедрению в СФГНП «Сергиевское» Сергиевского района Самарской области.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены на научно-технических конференциях Самарской ГСХА (2001...2007 гг.), Пензенской ГСХА (2005 г.), Саратовском ГАУ (2006...2007 гг.).
Публикации результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в 10 научных работах, из них 1 статья без соавторов, в том числе 1 статья в изданиях перечня ВАК Минобразования РФ. Общий объем публикаций 2,7 п. л., из них автору принадлежит 1,3 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 172 страницах, состоит из пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 207 наименований и 7 приложений на 11 с. Содержит 9 таблиц и 49 рисунков.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
Рациональный состав смесевого минерально-растительного топлива.
Модель действия демпферной пленки в сопряжениях прецизионных пар.
Методика расчета ресурса плунжерных пар ТНВД тракторного дизеля при применении смесевого минерально-растительного топлива с учетом коэффициента абразивной агрессивности к, характеризующего влияние смазочной среды на процесс трения в сопряжении прецизионной пары.
Результаты экспериментальных исследований трибологических свойств смесевого минерально-растительного топлива с учетом коэффициента абразивной агрессивности к в лабораторных условиях с целью установления рациональных условий работы плунжерной пары.
Аналитический обзор основных направлений повышения надежности прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры
В результате анализа теоретических и экспериментальных исследований методов повышения ресурса дизельной топливной аппаратуры, применительно к прецизионным парам, разработана классификация существующих направле-ний, представленная на рисунке 1.1.
Данные направления можно разделить на две группы. Первая включает конструктивно-технологические методы, требующие изменения расчетно-конструктивных параметров прецизионных пар и совершенствования технологии изготовления отдельных деталей. Вторую группу составляют эксплуатационно-технологические методы, связанные с обеспечением благоприятных условий работы трущихся деталей за счет совершенствования существующей технологии ремонта и обслуживания.
Оптимизация конструктивных параметров прецизионных пар. Одним из перспективных направлений повышения ресурса прецизионных пар является подбор оптимальных зазоров в сопряжении. Например, в работе [152] приведены результаты испытаний прецизионных деталей в течение 500 часов на чистом топливе, которые показали, что в начальный период происходит интенсивная приработка рабочих поверхностей, затем (после 150...200 ч работы) процесс изнашивания практически прекращается и зазор стабилизируется на уровне 2,2 мкм, т. е. превышает исходный всего на 1 мкм. При комплектовании топливной аппаратуры прецизионными парами с максимальными зазорами ресурс снижается до 2500 часов.
Улучшение режима смазывания прецизионных пар. Смазывание деталей прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры осуществляется дизельным топливом, смазывающие свойства которого не достаточны для обеспечения длительной работы в условиях повышенного трения. К тому же физико-химические свойства дизельного топлива сильно зависят от его состава и состояния окружающей среды. По ГОСТ 305-82 кинематическая вязкость при 20С должна быть в пределах 1,8...5,0 мм2/с. Н.И. Итинская в своей работе упоминает о положительном влиянии увеличения вязкости топлива на уменьшение величины изнашивания прецизионных пар [73, 74]. В то же время чрезмерное увеличение вязкости ведет к нарушению работы топливной аппаратуры. Поэтому улучшение режима смазывания деталей прецизионных пар за счет изменения свойств топлива является весьма актуальной задачей, которой посвящена данная работа.
Обеспечение герметизации, повышение надежности уплотнений. При эксплуатации дизелей 40...55% неисправностей приходится на долю системы питания. Агрегаты системы питания дизелей (топливная аппаратура, топливный бак, фильтры и форсунки) на первый взгляд хорошо защищены от проникновения в них посторонних абразивных частиц. В действительности же пыль, содержащаяся в воздухе, сравнительно свободно проникает в топливные баки через атмосферные трубки, кроме того, топливо загрязняется при небрежном хранении на складах и транспортировке к местам потребления, а также при небрежной заправке топливных баков автомобилей, тракторов и других машин.
Установлено [76, 152], что топливные фильтры на автотракторных дизелях не обеспечивают достаточной степени очистки топлива от механических примесей (абразивов), которые свободно проникают к прецизионным деталям топливной аппаратуры.
При недостаточной степени очистки топлива фильтрами твердые частицы, проходя вместе с топливом под высоким давлением (до 80 МПа) и с большой скоростью (до 250 м/с) через малые зазоры (0,4...3 мкм), изнашивают прецизи онные пары, вследствие чего нарушается нормальная работа топливной аппаратуры и ухудшаются технико-экономические показатели двигателя [4].
Для дизельной топливной аппаратуры необходимо топливо высокой чистоты. Даже, незначительное количество механических примесей вызывает усиленный износ прецизионных деталей. По ГОСТ 4749 и 305-82 механические щ примеси в дизельном топливе должны отсутствовать. Однако, по данным [144], в дизельном топливе по пути его следования к месту доставки концентрация абразива возрастает от 0,0005 до 0,0630%, т.е. более чем в 100 раз, причем очень много частиц крупных размеров.
К абразивным загрязняющим примесям в первую очередь относится почвенная (дорожная и полевая) пыль. Анализ загрязнения дизельного топлива показывает, что основную их часть (до 80%) составляют частицы кварца и окислы металлов, из атмосферной пыли, а также продукты износа в виде высокодисперсных частиц металлов. Твердость этих частиц равна 6,5...9,0 единиц по шкале Мооса [4].
По данным А. И. Селиванова [144], дизельное топливо, выдаваемое нефте i базами, содержит 100...120 г загрязняющих примесей на 1 т топлива. В неотсто явшемся дизельном топливе содержится более 0,03% загрязняющих примесей. В дизельном топливе содержание загрязняющих примесей колеблется от 50 до 400 г/т.
При работе дизеля при запыленности воздуха 1...2,5 г/м содержание загрязняющих примесей в топливе к моменту его выработки в 2...3 раза больше, чем в момент заправки. В отдельных случаях на 1 л топлива, слитого из топливного бака автомобиля и трактора, проработавшего в особо запыленных условиях, обнаружено более 2,5 г загрязняющих примесей [152]. Количество загрязняющих примесей в топливных баках автомобилей и тракторов находится в прямой зависимости от запыленности района и времени года эксплуатации и достигает 200...300 г на 1 т топлива.
Обоснование модели взаимодействия прецизионной пары при наличии органических пав смесевого топлива
Как показал анализ состояния вопроса повышения ресурса прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры, существующие способы не являются достаточно эффективными. В связи с этим возникает необходимость поиска новых путей снижения износа деталей прецизионных пар, и, следовательно, ресурса топливной аппаратуры в целом.
В настоящее время все большее распространение получают так называемые альтернативные энергоносители. Они обладают рядом преимуществ: возобновляемость; наличие местных источников сырья для получения топлив; снижение парникового эффекта; сокращение зависимости от поставщиков нефти и газа; снижение экологического ущерба от систем сбора органических отходов; обеспечение экологически замкнутой энергетической системы.
В последнее время в мире все большее распространение получают моторные топлива на основе растительных ресурсов, в частности, рапсового масла. Выбор именно этой культуры не случаен. Теплота сгорания рапсового масла составляет 38 МДж/кг, и незначительно отличается от дизельного топлива -42,8 МДж/кг. Рапсовое масло легко растворяется в дизельном топливе, поддается химической обработке. Одним из направлений применения данного ресурса является так называемый «биодизель» - рапсово-метиловый эфир, получаемый путем химической обработки рапсового масла по специальной технологии. «Биодизель» обладает физико-химическими свойствами, близкими к свойствам дизельного топлива.
Однако в современных условиях применение «биодизеля» в условиях сельскохозяйственного производства нецелесообразно в связи со сложностью процесса его получения и необходимостью модернизации систем питания дизелей с.-х. техники.
Более рациональным является применение смесевого минерально-растительного топлива, представляющего собой смесь дизельного топлива с рапсовым маслом в определенной пропорции.
Рапс и сурепица - растения одного семейства, но разных видов рода Brassica. Рапс в диком виде не встречается и произошел в результате спонтанного скрещивания листовой капусты (В. oleraceae) с сурепицей (В. campestris) и последующей по-липлоидизации. В мировой практике рапс и сурепица объединяются под общим названием «рапс». Преимущество рапса перед другими сельскохозяйственными культурами выражается в высоком коэффициенте размножения, большом продуктивном потенциале, коротком вегетативном периоде, использовании продукции в различных направлениях (как на зеленый корм, силос, сенаж, для производства масла и высокобелкового жмыха и др.). При выращивании рапса в почве снижается содержание азота за счет его поглощения мощной корневой системой растений, что в определенной мере уменьшает риск загрязнения им подземных и поверхностных вод [180].
Несмотря на большое количество работ, посвященных изучению изменений физико-химических свойств жира под влиянием термического фактора, меха-низм термического разложения жира все еще остается до конца неясным. Решению этой проблемы посвящены работы ученых многих стран, например, Paschke, Kummerow, Sohuson, Lips, Crampton, Melnick, H.M. Эмануель, И.Х. Котляр, В.П. Ржехин и др. В результате, современное представление о превращениях жира при нагревании можно рассматривать как комплексный процесс, складываю щийся из гидролитических, окислительных реакций, а также реакции полимеризации и поликонденсации.
Поэтому применение жиров в естественном состоянии (не прошедших специальной химической обработки или стадии облагораживания) должно ограничиваться их функцией в базовых маслах, используемых взамен нефтяных или синтетических. Причем основная роль, очевидно, принадлежит рапсовому маслу, как более дешевому, доступному и изготовляемому из легко возобновляемого сырья.
Можно выделить несколько методов адаптации систем питания дизельных двигателей для работы на биотопливе: использование натурального рапсового масла: - очистка и добавление моющих и антиокислительных присадок; - конструктивные изменения элементов системы питания по параметрам производительности; - подогрев масла до режима оптимальной вязкости; - впрыск с высоким давлением (180...200 МПА).
Проведенные в Германии испытания 100 тракторов, работающих на чистом рапсовом масле холодного отжима в течение 3 лет [113], показали, что 56 из них работали без ограничений или с небольшими помехами. У 44 тракторов были установлены нагарообразование в камерах сгорания, на выпускных клапанах, потери мощности. При этом более успешно работали тракторы с топливной системой Common-rail, имеющей давление впрыска од 180 МПа.
В США в настоящее время разработаны системы впрыска с общей топливной рампой и двукратным повышением давления до 220 МПа с впрыском в ч пьезоэлектрических форсунках.
Методика лабораторных исследований физико-химических свойств смесевого минерально-растительного топлива
Исследования проводили с целью сравнительной оценки и выбора наиболее оптимального состава смесевого минерально-растительного топлива, не нарушающего работу дизельной топливной аппаратуры.
За объект исследований приняты свойства смесевого минерально-растительного топлива различного состава.
Определяли кинематическую вязкость смесевого минерально-растительного топлива в зависимости от температуры и состава с использованием капиллярного вискозиметра системы Оствальда - Пинкевича ВПЖ-4.
Также определялись показатели работы топливной аппаратуры, в частности давление срабатывания форсунок при использовании смесевого топлива различного состава при различных температурах, угол распыла топлива штифтовой форсункой, гидравлическая плотность плунжерной пары и нагнетательного клапана.
Определялись плотность топлива и сила поверхностного натяжения в зави симости от состава. На основании измерения силы поверхностного натяжения проведен теоретический расчет показателей процесса топливоподачи.
В испытаниях применялось следующее оборудование: прибор для проверки давления срабатывания форсунок КИ- 562А; прибор КИ-1085 для испытаний нагнетательных клапанов на гидравлическую плотность; прибор КИ-975 для испытаний плунжерных пар на гидравлическую плотность; лабораторная установка для определения поверхностного натяжения жидкости, набор ареометров для измерения плотности топлива.
Кроме того, определялся коэффициент трения в паре «сталь-сталь» при смазывании топливами разного состава и в присутствии различного количества абразивных частиц. Измерения проводились на специальной лабораторной установке.
Определение кинематической вязкости при 40 проводят при помощи вискозиметра Оствальда-Пинкевича по стандартной методике согласно ГОСТ.
Определение гидравлической плотности плунжерной пары проводилось на приспособлении КИ-975 согласно стандартной методике с некоторыми отклонениями. В качестве рабочей жидкости использовалось дизельное топливо и смесевое минерально-растительное топливо различных композиций.
Измерение гидравлической плотности плунжерной пары основано на измерении утечек топлива через зазор прецизионной пары при постоянном давлении. Оценивается время до падения рычага. На основании данных измерений плунжерные пары распределяются по группам.
Измерение гидравлической плотности нагнетательного клапана осуществ-ляется прибором КИ-1086. Измеряется время падения давления за счет утечек через зазор в нагнетательном клапане по седлу и по разгрузочному пояску.
Измерения проводились согласно стандартной методике. В качестве рабочей жидкости использовалось дизельное топливо и смесевое минерально-растительное топливо различных композиций.
Измерение гидравлической плотности нагнетательного клапана по седлу и разгрузочному пояску основано на измерении утечек топлива через зазор прецизионной пары при постоянном давлении. Оценивается время до падения давления на определенную величину.
Определение коэффициента трения в паре трения «сталь-сталь» проводились с целью сравнения смазывающей способности смесевых топлив разного состава в присутствии абразивных частиц размером 3.. .6 мкм.
При увеличении концентрации рапсового масла в смесевом топливе происходит снижение момента трения. Испытания на роликовой машине трения 2070 СМТ-1 по схеме «колодка-ролик» (в сопряжении реализуется трение скольжения) показали при постоянных условиях испытаний (n=const, P=const, где п -обороты вала, мин"1, Р - нагрузка в сопряжении) снижение момента трения, из чего можно сделать вывод о снижении коэффициента трения. В этом случае прослеживается обратная взаимосвязь: при увеличении концентрации рапсового масла в смесевом топливе происходит снижение коэффициента трения.
Снижению абразивного износа прецизионных деталей способствует улучшение условий смазывания, например, добавлением в состав смесевого топлива рапсового масла.
Наиболее значимым трибологическим показателем смазочной среды является коэффициент трения в сопряжении.
Для выявления влияния рапсового масла на трибологические свойства смесевого топлива была исследована зависимость коэффициента трения в паре сталь-сталь с чистотой обработки поверхности, соответствующей 10 классу, в присутствии абразива в зависимости от состава смесевого топлива. Согласно механической теории трения F = f-N + A, (3.16) где F - сила трения скольжения, Н; N - нагрузка, Н; f - коэффициент трения; А - сила межмолекулярного притяжения (адгезионная составляющая силы трения).
Величина А значительна при сухом трении, когда в точках фактического контакта под воздействием адгезионных сил образуются мостики сварки, на разрушение которых расходуется энергия.
В нашем случае имеет место смазывание смесевым топливом, следовательно, адгезионной составляющей можно пренебречь, как не поддающейся измерению, в связи с уменьшением количества точек непосредственного касания трущихся поверхностей.
Экспериментальная оценка трибологических свойств смесевых топлив при испытаниях на четырехшариковой машине трения маст
С целью сравнительной оценки смазывающей способности смесевых то-плив различных составов был определен коэффициент трения в паре «сталь-сталь». Поверхность образцов была обработана с чистотой, соответствующей 11 классу точности с целью имитации поверхности трения деталей прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры. Измерения проводились согласно методике. Как видно из графиков, добавление рапсового масла в состав смесевого топлива приводит к значительному снижению (до 10...15%)) коэффициента трения. Данный эффект наблюдается также и при наличии в топливе значительного количества абразивных примесей.
Данный эффект можно объяснить образованием на поверхности испытуемых деталей пленки ПАВ, которые содержатся в рапсовом масле.
Анализируя зависимости, представленные на рисунке 4.8, можно сделать вывод, что добавление в состав смесевого минерально-растительного топлива до 30% по объему рапсового масла приводит к значительному снижению коэффициента трения при смазывании смесевым минерально-растительным топливом в отсутствии абразива с 0,127 до 0,1, что свидетельствует о лучшей смазывающей способности смесевого топлива. При наличии в смесевом минерально-растительном топливе абразивных частиц в количестве 0,15% по массе коэффициент трения снизился с 0,21 до 0,16.
Анализ многофакторного эксперимента по определению коэффициента абразивной агрессивности смазочной среды
Для определения экспериментальной зависимости коэффициента абразивной агрессивности смазочной среды к от состава смесевого минерально-растительного топлива и содержания в нем абразивных частиц используем теорию многофакторного планирования экспериментов [124].
За переменные факторы, оказывающие наиболее существенное влияние на свойства смазочной среды, выражающиеся в виде коэффициента абразивной агрессивности, были приняты: - концентрация рапсового масла в составе смесевого минерально-растительного топлива, % по объему; - концентрация абразивных загрязняющих частиц в смесевом топливе, % по массе. Результаты многофакторных экспериментов обрабатывались по методике, изложенной в работах [47, 60, 80, 124]
Для аналитического описания влияния факторов на критерий оптимизации выбрана модель уравнения регрессии второго порядка: т„ т„ r = b0 + YJbixi + llbijXiXj, (4.1) /=1 / /=/ где Y - параметр оптимизации; 60 - свободный член, равный отклику при xt = 0; bj - оценка коэффициента регрессии, соответствующего /-го фактора; by - оценка коэффициента уравнения регрессии, соответствующего взаимодействию факторов; х{ - кодированное значение факторов (/ = 1,2,3...).
Поскольку факторы процесса неоднородны и имеют различные единицы измерения, приводим их к единой системе исчисления путем перехода от действительных значений факторов к кодированным по формуле: Xt = - , (4.2) где Jf(- - кодированное значение /-го фактора; Xj - натуральное значение /-го фактора; X; - натуральное значение /-го фактора на нулевом уровне; ,- - натуральное значение интервала варьирования /-го фактора. = -X) ХІ = _ \ + X/ a (4.3) 2 . (4.4) где х( - натуральное значение /-го фактора на верхнем уровне; Xj - натуральное значение /-го фактора на нижнем уровне.
Вводим условное обозначение верхнего, нижнего и основного уровней факторов соответственно +1,-1,0.
Принимая два уровня варьирования факторов, общие число точек в плане матрицы планирования найдем по выражению: Nn=2k, (4.5) где N - общее число различных точек в плане; к - общее число факторов.
