Работа деталей топливной аппаратуры в среде биодизельного топлива

Значительная часть техники, которая используется при производстве сельскохозяйственной продукции, оснащена дизельными двигателями. Топливная аппаратура является наиболее сложным, дорогим и существенно важным агрегатом дизелей.

Согласно ОСТу 23.1.125-84 ресурс насосов и форсунок должен быть не менее чем 6000 моточасов, а распылителей - 3000 моточасов. Однако в эксплуатационных условиях надежность топливной аппаратуры и ее деталей меньше в несколько раз [1]. Поэтому повышение ее надежности является очень важной задачей.

Объектом исследования является механизм изнашивания прецизионных деталей топливной аппаратуры. По мнению таких авторов, как В.В. Антипов, Н.И. Бахтиаров, Д.Ф.Гуревич, И.Б. Костецкий, М.М. Ташпулатов и др., ведущим видом износа прецизионных деталей топливной аппаратуры является абразивный.

Проведенный анализ механизмов изнашивания прецизионных деталей топливной аппаратуры (рис. 1) позволил выявить основные модели взаимодействия абразивной частицы с поверхностями пар трения.

Рис. 1 . Модель абразивного износа прецизионных деталей топливной аппаратуры: а - внедрение абразивной частицы с пластическим выдавливанием металла; б - скольжение абразивной частицы со срезанием микростружки; в - вращение абразивной частицы с пластическим выдавливанием и удалением металла; г - скольжение абразивной частицы (размером меньше зазора) со срезанием микростружки

Теоретические предпосылки повышения надежности

Улучшение режима смазывания прецизионных деталей за счет использования альтернативных видов топлива является весьма перспективным направлением повышения надежности топливной аппаратуры.

В роли альтернативного топлива будет выступать биодизельное, точнее МЭРМ (метиловый эфир рапсового масла).

Молекулы биодизельного топлива обладают дифильным строением, то есть содержат как полярную группу СОО , так и неполярный углеводородный радикал ( СН ₂) n , что относит их к классу поверхностно-активных веществ (ПАВ). ПАВ способны образовывать моно- и полимолекулярные слои при адсорбции активных молекул на поверхности раздела фаз (рис. 2) [2].

Адсорбированные молекулы взаимодействуют не только с поверхностью, но и между собой. По данным [2, 3], энергии связи молекул ПАВ с металлом Е 1 = 3,1 кДж/моль, по активным группам - Е2 = 3,7 кДж/моль, по углеводородным радикалам - Е3 = 0,2 кДж/моль, между атомами углерода метиленовых цепей Е4 = 20,6 кДж/моль.

Рис. 2. Схема ориентации полярных молекул на поверхности металла

Особенность абразивного износа прецизионных деталей топливной аппаратуры при работе на биодизельном топливе - в образовании на поверхности деталей защитного слоя (рис. 3).

Рис. 3 . Модель абразивного износа прецизионных деталей топливной аппаратуры в присутствии адсорбционных слоев: а - попытка внедрения абразивной частицы с пластическим выдавливанием адсорбционного слоя; б - скольжение абразивной частицы со срезанием адсорбционного слоя; в - вращение абразивной частицы с выдавливанием и удалением адсорбционного слоя; г - скольжение абразивной частицы (размером меньше зазора) со срезанием адсорбционного слоя

Полученный мономолекулярный слой, состоящий из полярных молекул, резко отличается по своим свойствам от вещества в объеме: имеет низкую сдвиговую прочность и большое сопротивление сжатию. Малая толщина образующегося мономолекулярного слоя не может препятствовать упругой и пластической деформации контактирующих тел, но сдвиг происходит именно в этом слое, а не в основном материале, что способствует уменьшению потерь на трение, снижает износ и предотвращает заедание пар трения [2, 4].

Заключение

Основываясь на этих предположениях, можно прогнозировать повышение надежности прецизионных деталей топливной аппаратуры при работе на биодизельном топливе.