Влияние присадки на критерий изнашивания распылителей форсунок дизельных ДВС машинно-тракторных агрегатов

Процесс транспортировки и хранении дизельного топлива в большинстве случаев приводит к потере качества и снижению эксплуатационных свойств с малой эффективностью при агрегатировании почвообрабатывающей техники и эксплуатации машиннотракторного парка в целом в условиях АПК. При эксплуатации технических средств на таком топливе повышен износ деталей топливной аппаратуры [1].

При исследованиях в области энергетического машиностроения установлено, что высокая вероятность постепенных отказов узлов топливной системы дизельных ДВС связана с клапаном сопряжения распылителей форсунок [2]. Снижение эффективности работы и ранние отказы деталей распылителей негативно влияют на мощностные и экономические показатели двигателя, от чего зависит качество и сроки выполнения сельскохозяйственных операций.

Ресурс прецизионных пар распылителей форсунок в большей мере определяется смазывающей способностью топлива. Для улучшения смазочных свойств топлив применяют разного рода противоизносные присадки, состав которых мало известен.

Актуальностью представленного материала в статье является теоретическое исследование разработки и совершенствование противоизносных присадок в дизельное топливо, что позволит существенно увеличить наработку распылителей форсунок и межремонтный ресурс топливной системы дизелей.

Существует три основных способа снижения изнашивания распылителей форсунок: конструктивный, технологический и эксплуатационный [3]. Имеются исследования и методики расчета конструкции распылителей с коническим уплотнением, обеспечивающим безударную посадку и практически безызносную работу распылителей [4]. Существуют модели распылителей с беспрецизионным клапанным узлом, открывающимся по потоку топлива [5]. Анализ способов показал, что в основном используют конструкционные методы, осуществимые только при проектировании и изготовлении деталей распылителей.

В исследованиях [6; 7] отмечено: растительные масла содержат органические соединения ПАВ, которые могут смешиваться с дизельным топливом в разных пропорциях и образовывать стабильные смеси, улучшая смазывающую способность топлива.

Целью исследований является теоретическое обоснование влияния модели действия демпферной пленки в клапане прецизионных пар и химотологии дизельного топлива с присадкой на основе растительных масел на критерий изнашивания деталей

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 1 53)

AGROENGINEERING

распылителей форсунок. В качестве противоизносной присадки предлагается присадка ПТЛМ, в ее состав входят талловое и льняное масла с добавлением полиалкилбензола.

Материалы и методы

Основным критерием изнашивания распылителя форсунки с гидравлически управляемой иглой является гидроплотность прецизионных пар и зависит от эффективного проходного сечения в сопряжении «игла-корпус распылителя» [8].

Гидроплотность прецизионных пар распылителя зависит от величины зазора уплотняющей части сопряжения «игла-корпус распылителя» форсунки. Таким образом, гидроплотность прецизионных пар можно определить исходя из зависимости Пуазейля [9; 10]:

12 ⋅ γ ⋅ α ⋅ v ⋅ L ⋅ V

T_с =           ^{ср экв} ln ^{P 1} ,                           (1)

πDgh        P 2

где D – номинальный диаметр иглы, м;

Н

γ – удельный вес образца топлива, :

м ³

a – коэффициент сжимаемости углеводородных жидкостей, м²/Н;

v р +v р vcp =---~---- среднее значение кинематической вязкости топлива для диапазона давлений p1 и p2, м2/с;

L – длина образующей клапана иглы от вершины до кромки, м;

V экв – условный объем истекающего образца топлива, м³;

h – радиальный зазор в клапане распылителя при наработке t , м;

p 1 , p 2 – абсолютное давление при открытии и запирании клапана (иглы) распылителя, МПа.

Значение истинного коэффициента сжимаемости топлива в зависимости от рабочего давления р определяют по эмпирической формуле:

6_ 404 - 0,01 p a⋅10 =               ,

„ 5 , 09 - 0 , 163 p ’ ρ ₀

где a – коэффициент сжимаемости испытываемого топлива, м²/Н;

р – рабочее давление топлива в распылителе;

ρ 0 – плотность топлива при 20°С, г/см³.

С учетом (1) и (2) получена зависимость гидроплотности прецизионных пар распы- лителя

А ⋅ a

T с = ----------------------,

h(t)5,78 h(t)0 >0441

где a – коэффициент сжимаемости испытываемого топлива, м²/Н; h – радиальный зазор в клапане распылителя при наработке t , м. А – коэффициент, определяемый по формуле:

_А = 12 ⋅ γ ⋅ v_ср ⋅ L ⋅ V_экв

π Dg

^Н где γ – удельный вес образца топлива, ;

м ³

ln ^{P 1} .

P 2

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 1 53)

AGROENGINEERING

v р! +v р vcp =-------- среднее значение кинематической вязкости топлива для диапазона давлений р1 и р2, м2/с;

L – длина уплотняющей части иглы, м;

V экв – условный объем вытекающего из прибора топлива, м³;

D – номинальный диаметр иглы, м;

g – ускорение иглы под действием силы тяжести, м/с²;

p 1 , p 2 – абсолютное давление при открытии и запирании клапана (иглы) распылителя, МПа.

Формула (3) позволяет определить гидроплотность прецизионных пар распылителя в зависимости от интенсивности изнашивания и наработки распылителя форсунки.

Согласно результатам расчетов по формуле (3) гидроплотность с учетом износа сопряжения h ( t ) приведена на графике (рис. 1):

мото-ч

Рис. 1 . Зависимость гидроплотности прецизионного сопряжения распылителя форсунки от наработки: τ – наработка сопряжений «игла-корпус распылителя» форсунок: А – на товарном ДТ ГОСТ 325 ;

В – на ДТ с присадкой ПТЛМ в концентрации %

Результаты теоретической оценки гидроплотности прецизионных пар распылителей на основе разработанной математической модели позволили установить влияние эксплуатационных свойств дизельного топлива с присадкой на увеличение гидроплотности распылителя. Таким образом гидроплотность увеличилась с 5 до 8 с (рис. 1), свидетельствуя об обеспечении смазывающего топливного слоя на конусной поверхности запирающего клапана и направляющей части иглы и корпуса распылителя. Применение присадки в дизельном топливе позволяет обеспечить оптимальные условия контакта деталей форсунки при запирании клапана сопряжения «игла-корпус распылителя».

Результаты исследования

Анализ кривых, полученных по зависимости (3), показывает, что график зависимости может быть использован для прогнозирования Т γ 80 ресурса сопряжения. Тогда гидроплотность с учетом износа сопряжения гамма-процентного ресурса Т γ 80 (рис. 2):

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no.1 53)

AGROENGINEERING

Рис. 2 . Расчет 80% ресурса сопряжения «игла-корпус распылителя» форсунки

Таким образом, зависимость изменения гидроплотности прецизионных пар распылителя форсунки (формула (3)) можно использовать для прогнозирования ресурса сопряжения.

Заключение

Главной причиной преждевременных отказов распылителей форсунок является изнашивание сопряжения запирающего клапана «игла-корпус распылителя». Повышен износ сопряжений вследствие низких эксплуатационных свойств товарного ДТ, указывая на актуальность в разработке применения противоизносных присадок.

Разработана математическая модель, позволяющая обосновать влияние дизельного топлива с присадкой ПТЛМ на гидроплотность – основной показатель работоспособного состояния сопряжения «игла-корпус распылителя» форсунки.

На основании разработанной функциональной модели проведена оценка гидроплотности распылителей с учетом эксплуатационных свойств топлив с присадкой ПТЛМ, которая увеличивается с 5 до 8 с (рис. 1), позволяя обеспечить оптимальные условия контакта деталей форсунки при запирании клапана сопряжения «игла-корпус распылителя» и снижая изнашивание прецизионных пар распылителей форсунок дизельных ДВС тракторов.