CC BY
10
ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ
УДК 621.43
Р.В. ДАМАНСКИЙ1, Л.С. КЕРУЧЕНКО1, А.Е. НЕМЦЕВ2
^м^ий гocудapcтвeнный aгpapный унивepcитeт им. П.А. Столыпина, Oucr
2СибИМЭ СФНЦА РАН, р.п. Краснообск, Новосибирская область
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИЗНОСА УПЛОТНЯЮЩЕГО ПОЯСКА ЗАПОРНОГО КОНУСА ИГЛЫ РАСПЫЛИТЕЛЯ ФОРСУНКИ ФД-22 ПРИ РАБОТЕ НА ДИЗЕЛЬНОМ ТОПЛИВЕ С ДОБАВКОЙ
Представлены исследования изменения параметров уплотнительной кромки распылителя форсунки штифтового типа при работе на дизельном топливе с добавкой, в состав которой входят талловое и льняное масла. Приведены результаты исследования изнашивания уплотняющего сопряжения при работе на дизельном топливе с добавкой. Описано влияние добавки на изменение параметров запорной кромки иглы распылителя. В работе ставится задача изучения параметров изнашивания уплотняющего сопряжения распылителя, от которых зависит возможность решения вопросов, связанных с повышением износостойкости прецизионной пары «запорное устройство (игла) - корпус распылителя» применением дизельного смесевого топлива. Рассмотрены вопросы, связанные с влиянием процентного содержания добавки в дизельном топливе на интенсивность изменения роста ширины кромки от наработки распылителя. Целью данной работы является определение влияния добавки на изменение параметров запорной кромки иглы распылителя форсунки дизельного двигателя. Научную новизну представляют результаты исследования изменения параметров уплотняющего сопряжения распылителя форсунки при работе на дизельном топливе с добавкой. В результате проведенных экспериментов по изнашиванию распылителей была получена математическая модель, устанавливающая связь между изменением ширины уплотняющей кромки, временем работы сопряжения форсунки и увеличением содержания добавки в дизельном топливе. Также получена математическая модель, устанавливающая связь между расстоянием от вершины конуса до уплотняющей кромки с увеличением содержания добавки в дизельном топливе и временем работы форсунки. Определено рациональное содержание добавки в дизельном топливе.
Ключевые слова: распылитель, форсунка, уплотняющий конус, уплотняющий поясок.
Введение
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
© Даманский Р.В., Керученко Л.С., Немцев А.Е., 2020
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: Ь1 - расстояние от конечной точки иглы до уплотняющей кромки, мм; Ь - ширина уплотняющей кромки
Испытания проводили в течение 2500 часов. Определение параметров запорной кромки иглы распылителя форсунки проводили не менее чем в трехкратной повторно-сти, обеспечивающей доверительную вероятность д = 0,8 при относительной ошибке
8 = 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 Ь 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 Ll от времени работы сопряжения t и содержания растительных масел в топливе:
и = 5,028 - 0,00003071 - 0,07108а - 0,00000871-а + 0,000000039412 + 0,021508а2 (1) Точность модели Я2 = 0,981. В диапазоне от 0 до 500 ч изменение расстояния АЬ1 до уплотняющей кромки и ее ширины ДЬ 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 Ь1 от процентного содержания компонентов добавки в дизельном топливе а и времени работы сопряжения 1.
1_1,Г 5,35
5,3
5,25
5,2
5Д5
БД
5,05
5
4,95
Рис. 3. Зависимость изменения расстояния Ь1 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 1 и содержания добавки а была получена математическая модель:
ЛЬ = -0,00068 + 0,000020Н - 0,00296811а - 0,0000000046^ + 0,001174556а2. (2)
Точность модели Я = 0,9419.
На рис. 4 приведены рассчитанные по формуле (2) кривые, характеризующие влияние 1 и а на изменение ширины уплотняющей кромки.
Дь.
мм
0.025
0,02
0.015
0.01
0,005
0
5\
—■ 3 ^
ч
0
а,%
Рис. 4. Влияние процентного содержания добавки в дизельном топливе а
и времени испытаний 1 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%.
1 12 R.V. Damanskij , L.S. Keruchenko , A.E. Nemtsev
1Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk
Siberian Institute for Mechanization and Electrification of the Siberian Federal Scientific Center ofAgrobiotechnologies 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
The article presents the study of changes in the parameters of the sealing edge of a pin-type nozzle sprayer when operating on diesel fuel with an additive, which includes tall oil and linseed oil. The results of research on the wear of the sealing interface when operating on diesel fuel with an additive are presented. The effect of the additive on changing the parameters of the closing edge of the sprayer needle is described. In this work, the task is to study the wear parameters of the nozzle sealing interface, which determine the possibility of solving issues related to increasing the wear resistance of a precision pair "locking device (needle) - nozzle body" by using mixed diesel fuel. Issues related to the influence of the percentage of the additive in diesel fuel on the rate of change in the growth of the edge width from the sprayer operating time are considered. The purpose of the present work is to determine the effect of the additive on the change in the parameters of the closing edge of the needle of the nozzle of a diesel engine injector. The scientific novelty is represented by the results of the research on changes in the parameters of the sealing interface of the nozzle atomizer when operating on diesel fuel with an additive. As a result of the experiments on the wear of the nozzles, a mathematical model that establishes the relationship between the change in the width of the sealing edge, the operating time of the nozzle mating and the increase in the content in diesel fuel was obtained. Also, a mathematical model that establishes a relationship between the distance from the top of the cone to the sealing edge with an increase in the content of the additive in diesel fuel and the operating time of the nozzle was obtained. The rational content of the additive in diesel fuel has been determined.
Keywords: atomizer, nozzle, sealing cone, sealing belt.
Список литературы
1. Keruchenko L.S. Improvement of Antiwear Properties of Diesel Fuels by Compounding with Additive Based on tall and Linseed Oil / L.S. Keruchenko, R.V. Damanskiy. - Text : direct // International Journal of Engineering and Advanced Technology, 07.2019, Vol. - 8. Issul - 5. - Pp. 2174-2177.
2. Ветошкин Е.Э. Влияние давления впрыскивания топлива на показатели работы дизеля при использовании топлив растительного происхождения / Е.Э. Ветошкин, С.П. Кулманаков. - Текст : непосредственный // Ползуновский альманах. -Барнаул : Алтайский ГАУ. - 2017. - № 3. - Т. 1. -С. 61-64.
3. Голев В.И. Изнашивание запирающих конусов и прогнозирование ресурсов работы распылителя автотракторных дизелей / В.И. Голев, А.С. Русаков, P.M. Мохов. - Текст : непосредственный // Двигателестроение. - 1989. - № 12. -С. 20-23.
4. Гурин Т.Ю. Повышение долговечности распылителей форсунок закрытого типа автотракторных дизелей : диссертация на сосикание ученой степени кандидата технических наук : 05.20.03 / Т.Ю. Гурин. - Омск, 2009. - 127 с. - Текст : непосредственный.
References
1. Keruchenko L.S. Improvement of Antiwear Properties of Diesel Fuels by Compounding with Additive Based on tall and Linseed Oil / L.S. Keruchenko, R.V. Damanskiy. - Text : direct // International Journal of Engineering and Advanced Technology, 07.2019, Vol. - 8. Issul - 5. - Pp. 2174-2177.
2. Vetoshkin E.E. Vliyanie davleniya vpryski-vaniya topliva na pokazateli raboty dizelya pri is-pol'zovanii topliv rastitel'nogo proiskhozhdeniya / E.E. Vetoshkin, S.P. Kulmanakov. - Tekst : nepo-sredstvennyj // Polzunovskij al'manah. - Barnaul : Altajskij GAU. - 2017. - № 3. - T. 1. - S. 61-64.
3. Golev V.I. Iznashivanie zapirayushchih ko-nusov i prognozirovanie resursov raboty raspylitelya avtotraktornyh dizelej / V.I. Golev, A.S. Rusakov, P.M. Mohov. - Tekst : neposredstvennyj // Dvigatele-stroenie. - 1989. - № 12. - S. 20-23.
4. Gurin T.Yu. Povyshenie dolgovechnosti ras-pylitelej forsunok zakrytogo tipa avtotraktornyh dizelej : dissertaciya na sosikanie uchenoj stepeni kandidata tekhnicheskih nauk : 05.20.03 / T.Yu. Gurin. - Omsk, 2009. - 127 s. - Tekst : neposredstvennyj.
5. Demkin N.B. Fakticheskaya ploshchad' kasa-niya tverdyh poverhnostej / N.B. Demkin. - Tekst :
5. Демкин Н.Б. Фактическая площадь касания твердых поверхностей / Н.Б. Демкин. - Текст : непосредственный // Детали машин - трение и износ. - Москва : Изд-во АН СССР, 1962. - 112 с.
6. Керученко Л.С. Теоретическое исследование износа запорного сопряжения распылителя форсунки / Л.С. Керученко, Р.В. Даманский // Стратегия устойчивого развития регионов России : сборник материалов XXXVI Всероссийской научно-практической конференции / под общей редакцией С.С. Чернова. - Новосибирск : Издательство ЦРНС, 2016. - С. 144-148. - Текст : непосредственный.
7. Керученко Л.С. Факторы, определяющие износ запорного сопряжения распылителя форсунки дизельного двигателя / Л.С. Керученко, И.В. Веретено, Р.В. Даманский. - Текст : непосредственный // Вестник ОмГАУ. 2016. - № 2(22). -С. 222-226.
8. Кузькин В.Г. Динамика изнашивания и ресурс конических уплотнений распылителей форсунок дизелей / В.Г. Кузькин, А.В. Толмачев. - Текст : непосредственный // Повышение эффективности эксплуатации и энергетических установок, машин и оборудования : сборник научных трудов. - Калининград : КГТУ, 1998. - С. 58-68.
9. Диагностика технического состояния дизельных автотракторных двигателей по динамическим скоростным характеристикам : методические рекомендации / А.Е. Немцев, В.А. Вальков, В.Г. Кошевой [и др.] ; СО РАСХН, Сибирский физико-технический институт аграрных проблем. -Новосибирск, 2005. - Текст : непосредственный
10. Попов А.М. Оценка служебных свойств работающих моторных масел по критерию «индекс задира» / А.М. Попов, В.В. Вахрушев, А.В. Егоров. -Текст : непосредственный // Состояние и инновации технического сервиса машин и оборудования : материалы VII Региональной научно-практической конференции студентов и аспирантов, посвященной памяти доцента М.А. Анфиногенова. - Новосибирский государственный аграрный университет, 2015. - С. 54-58.
neposredstvennyj // Detali mashin - trenie i iznos. -Moskva : Izd-vo AN SSSR, 1962. - 112 s.
6. Keruchenko L.S. Teoreticheskoe issledovanie iznosa zapornogo sopryazheniya raspylitelya forsunki / L.S. Keruchenko, R.V. Damanskij // Strategiya ustoj-chivogo razvitiya regionov Rossii : sbornik materialov XXXVI Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konfe-rencii / pod obshchej redakciej S.S. Chernova. - Novosibirsk : Izdatel'stvo CRNS, 2016. - S. 144-148. -Tekst : neposredstvennyj.
7. Keruchenko L.S. Faktory, opredelyayushchie iznos zapornogo sopryazheniya raspylitelya forsunki dizel'nogo dvigatelya / L.S. Keruchenko, I.V. Verete-no, R.V. Damanskij. - Tekst : neposredstvennyj // Vestnik OmGAU. 2016. - № 2(22). - S. 222-226.
8. Kuz'kin V.G. Dinamika iznashivaniya i resurs konicheskih uplotnenij raspylitelej forsunok dize-lej / V.G. Kuz'kin, A.V. Tolmachev. - Tekst : neposredstvennyj // Povyshenie effektivnosti ekspluatacii i energeticheskih ustanovok, mashin i oborudovaniya : sbornik nauchnyh trudov. - Kaliningrad : KGTU, 1998. - S. 58-68.
9. Diagnostika tekhnicheskogo sostoyaniya di-zel'nyh avtotraktornyh dvigatelej po dinamicheskim skorostnym harakteristikam : metodicheskie rekomen-dacii / A.E. Nemcev, V.A. Val'kov, V.G. Koshevoj [i dr.] ; SO RASHN, Sibirskij fiziko-tekhnicheskij institut agrarnyh problem. - Novosibirsk, 2005. - Tekst : neposredstvennyj
10. Popov A.M. Ocenka sluzhebnyh svojstv ra-botayushchih motornyh masel po kriteriyu "indeks zadira" / A.M. Popov, V.V. Vahrushev, A.V. Egorov. -Tekst : neposredstvennyj // Sostoyanie i innovacii tekhnicheskogo servisa mashin i oborudovaniya : ma-terialy VII Regional'noj nauchno-prakticheskoj konfe-rencii studentov i aspirantov, posvyashchennoj pamya-ti docenta M.A. Anfinogenova. - Novosibirskij gosu-darstvennyj agrarnyj universitet, 2015. - S. 54-58.
Даманский Роман Викторович, Омский ГАУ, 79514085374@yandex.ru; Керученко Леонид Степанович, канд. техн. наук, доц., Омский ГАУ, ls.keruchenko@omgau.org; Немцев Анатолий Егорович, д-р техн. наук, лаборатория технического сервиса МТП СибИМЭ СФНЦА РАН, Краснообск, Новосибирск, nemcev.nsk@yandex.ru.
Damanskij Roman Viktorovich, Omsk SAU, 79514085374@yandex.ru; Keruchenko Leonid Ste-panovich, Ph.D. of Eng. Sci., Ass. Prof., Omsk SAU, ls.keruchenko@omgau.org; Nemtsev Anatoly Egoro-vich, Doc. of Sci. in Eng. Sci., Laboratory Technical Services of SRIME SFSCA RAS, Krasnoobsk, Novosibirsk, nemcev.nsk@yandex.ru.
