Исследование параметров износа уплотняющего пояска запорного конуса иглы распылителя форсунки ФД-22 при работе на дизельном топливе с добавкой

В процессе эксплуатации трактора наибольшему изнашиванию подвержены прецизионные сопряжения топливной аппаратуры, и в первую очередь, форсунка топливной аппаратуры дизельного двигателя [1; 4; 6; 8]. Наиболее уязвимым прецизионным сопряжением форсунки является запорное конусное сопряжение, от которого зависит герметичность уплотнения, удельный расход топлива, давление впрыска и, как следствие, параметры распыления топлива и тепловыделение в двигателе. Уплотнение конусного сопряжения осуществляется очень тонкой уплотнительной кромкой, образующейся в результате разности углов конусов иглы и посадочного места корпуса распылителя. Конструкционные и технологические способы повышения износостойкости данного сопряжения не позволили в полной мере решить проблему, поэтому в последние годы решение проблемы ищут путем повышения качества дизельного топлива или заменой

дизельного топлива на альтернативные источники, обладающие лучшими противоиз-носными свойствами.

Одним из решений является использование смесевого топлива, содержащего поверхностно-активные вещества (ПАВ), повышающие прочность смазочной пленки; образующиеся в зоне трения поверхностные слои, которые не удаляются с поверхности, а перемещаются в направлении действия тангенциальных сил и смягчают непосредственный контакт поверхностей деталей распылителя [9; 10].

В работе представлены исследования изменения параметров уплотнительной кромки при работе на дизельном топливе с добавками таллового и льняного масел.

Установлено, что при добавке в дизельное топливо смеси растительных масел в пределах от 1 до 1,25% снижается изнашивание кромки и изменяются его положение в конусном уплотнении [3; 7].

Получены регрессионные математические модели, устанавливающие связь между шириной уплотняющей кромки и ее расстоянием до вершины конуса от содержания растительных масел в дизельном топливе.

Методы и средства

Эксперименты по определению изменения параметров уплотняющего пояска на уплотняющем конусе иглы распылителя определяли по результатам стендовых испытаний топливной аппаратуры на стенде КИ-921М, оборудованном необходимой измерительной аппаратурой.

Перед испытаниями на изнашивание для оценки соответствия параметров, их технического состояния требованиям соответствующих гостстандартов и технических условий была снята скоростная характеристика топливного насоса УТН-5 с комплектом форсунок ФД-22. Перед установкой форсунок параметры запорного пояска иглы определяли согласно рис. 1.

Рис. 1 . Схема измерения параметров уплотняющего пояска:

L 1 – расстояние от конечной точки иглы до уплотняющей кромки, мм; b – ширина уплотняющей кромки

Испытания проводили в течение 2500 часов. Определение параметров запорной кромки иглы распылителя форсунки проводили не менее чем в трехкратной повторности, обеспечивающей доверительную вероятность q = 0,8 при относительной ошибке

ε = 0,1 [2; 5]. Измерение параметров уплотняющей кромки проводили на микроскопе БМИ-3 (рис. 2) перед началом испытаний, через 100, 500, 1500 и 2500 часов работы стенда.

Микроскоп обеспечивает точность измерения ±3 мкм. Среднее квадратичное отклонение показаний микроскопа не более 1,5 мкм. Соотношение таллового и льняного масел и полиалкилбензола в смеси составляло 55 : 41 : 4 объемных процентов соответственно.

Рис. 2 . Микроскоп БМИ-3

Результаты исследования представлены в таблице.

Результаты измерения расстояния L1 от вершины конуса до уплотняющей кромки

Время, ч	ДТ	ДТ + 1%	ДТ + 2%	ДТ + 3%
0	5,028	5,027	5,029	5,031
100	5,035	5,027	5,029	5,032
500	5,054	5,039	5,045	5,052
1000	5,109	5,079	5,085	5,097
1500	5,184	5,132	5,141	5,157
2000	5,272	5,206	5,219	5,236
2500	5,395	5,297	5,314	5,341
Среднее	5,13875	5,10425	5,111375	5,029

Обработка результатов позволила получить математическую модель изменения расстояния L 1 от времени работы сопряжения t и содержания растительных масел в топливе:

L 1 = 5,028 – 0,0000307t – 0,07108a – 0,0000087t•a + 0,0000000394t² + 0,021508a².  (1)

Точность модели R² = 0,981. В диапазоне от 0 до 500 ч изменение расстояния ΔL 1 до уплотняющей кромки и ее ширины Δb находятся в пределах погрешности опыта, поэтому формулы (1) и (2) получены в диапазоне изменения времени работы сопряжения от 500 до 2500 ч.

На рис. 3 представлены рассчитанные по формуле (1) графики изменения расстояния L 1 от процентного содержания компонентов добавки в дизельном топливе α и времени работы сопряжения t.

Рис. 3 . Зависимость изменения расстояния L 1 от вершины конуса до уплотняющей кромки от содержания растительных масел в процентах и времени работы сопряжения:

1 – 500 ч; 2 – 1000 ч; 3 – 1500 ч; 4 – 2000 ч; 5 – 2500 ч

Расстояние от вершины конуса до уплотняющей кромки с увеличением времени проведения опыта увеличивается, что связано с деформацией кромки при ударах иглы по корпусу распылителя. Наиболее сильное увеличение наблюдается при опытах на дизельном топливе (ГОСТ 305–2013). Так, при длительности опыта 1500 ч смещение положения при сравнении с новой иглой составляет 0,156 мм. При работе на ДТ + 1% добавки это смещение составляет 0,105 мм, при работе на ДТ + 2% добавки это смещение составляет 0,11 мм, а при работе на ДТ + 3% добавки это смещение составляет 0,128 мм. В среднем смещение составляет: при опытах на ДТ – 0,111 мм, на ДТ + 1% добавки – 0,077 мм, на ДТ + 2% добавки – 0,08 мм и на ДТ + 3% добавки – 0,093 мм. Данные измерений по смещению уплотняющего пояска показывают, что дизельное топливо с добавкой снижает смещение уплотнительного пояска от исходного положения. Наименьшее смещение при этом достигается при содержании растительных масел 1,2–1,5%.

При обработке результатов изменения ширины уплотняющей кромки в зависимости от времени работы t и содержания добавки α была получена математическая модель:

Δb = –0,00068 + 0,0000201t – 0,00296811a– 0,0000000046t2 + 0,001174556a2. (2) Точность модели R2 = 0,9419.

На рис. 4 приведены рассчитанные по формуле (2) кривые, характеризующие влияние t и α на изменение ширины уплотняющей кромки.

Рис. 4 . Влияние процентного содержания добавки в дизельном топливе α и времени испытаний t на изменение ширины уплотняющей кромки: время испытаний 1 – 500 ч; 2 – 1000 ч; 3 – 1500 ч; 4 – 2000 ч; 5 – 2500 ч

Анализ графиков показывает, что наименьшее изменение ширины уплотняющей кромки происходит при работе на дизельном топливе с содержанием растительных масел 1–1,25%. С уменьшением и увеличением процентного содержания добавки интенсивность изменения ширины кромки увеличивается. При содержании добавки меньше 1% рост изменения ширины кромки объясняется тем, что на поверхности кромки имеются только отдельные локальные пятна упругого поверхностного слоя, а при содержании добавки больше 1,25% интенсивность роста возрастает вследствие образования на поверхностях деталей рыхлого, неустойчивого поверхностного слоя, разрушающегося в процессе работы распылителя форсунки.

Заключение

• 1.    Получена математическая модель, устанавливающая связь между изменением ширины уплотняющей кромки от времени работы сопряжения форсунки и содержания в дизельном топливе добавки.

• 2.    Получена математическая модель, устанавливающая связь между расстоянием от вершины конуса до уплотняющей кромки в зависимости от содержания добавки в дизельном топливе и времени работы форсунки.

• 3.    Установлено рациональное содержание добавки в дизельном топливе от 1 до 1,25%.

R.V. Damanskij1, L.S. Keruchenko1, A.E. Nemtsev2

• ¹Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk

• ²Siberian Institute for Mechanization and Electrification of the Siberian Federal Scientific Center of Agrobiotechnologies of the Russian Academy of Science, Krasnoobsk, Novosibirsk Region

A study on the wear parameters of the sealing belt of the needle locking cone of the nozzle sprayer FD-22 when operating on mixed diesel fuel