Методика экспериментальных исследований и обработки результатов по износу уплотнительного торца корпуса форсунки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Методика экспериментальных исследований и обработки результатов по износу уплотнительного торца корпуса форсунки

В.П. Чернышёв, к.т.н., профессор,

И.М. Затин, соискатель, Оренбургский ГАУ

Повышение надёжности отремонтированных машин неразрывно связано с улучшением качества ремонта деталей и узлов, в основу которого должны быть положены принципиально новые технологические решения, обеспечивающие снижение трудоёмкости работ.

До 50% отказов тракторных и комбайновых дизелей приходится на топливную аппаратуру, что приводит к снижению производительности

сельскохозяйственных агрегатов, а простои, вызванные отказами, и перерасход топлива приносят значительные убытки хозяйствам.

Одним из элементов топливной системы ДВС является форсунка, надёжная работа которой заметно влияет на экономичность двигателя. Поэтому совершенствование способов восстановления работоспособности форсунок — актуальная задача.

В процессе эксплуатации наряду с износом корпуса распылителя и уплотнительного конуса иглы распылителя большому износу подверга-

ется уплотнительный торец корпуса форсунки, в который ударяются заплечики иглы распылителя в момент её подъёма. Данный износ вызывает увеличение подъёма иглы распылителя, которое в свою очередь приводит к росту сил инерции подвижных масс форсунки, быстрому разбиванию седла и уменьшению срока службы распылителя. Кроме того, при большом подъёме иглы увеличивается объём топлива, освобождаемого иглой при её подъёме, и это топливо выталкивается в объём форсунки, что заметно снижает давление впрыска топлива и тем самым ухудшает топливно-экономические показатели дизеля. Кроме износа в месте удара заплечиков иглы распылителя в уплотнительный торец корпуса форсунки также подвергается износу место контакта с корпусом распылителя, что приводит к нарушению герметичности сопряжения, а как следствие, и к увеличению расхода топлива дизелем. Поэтому нельзя на изношенный уплотнительный торец корпуса форсунки устанавливать новый распылитель. Это можно сделать только лишь после восстановления геометрии уплотнительного торца форсунки в соответствии с рекомендуемым руководящим техническим материалом (РТМ) [1].

Проблема износа уплотнительного торца корпуса форсунки остаётся актуальной. За это время было решено ряд задач. Предварительно были исследованы износы уплотнительного торца корпуса форсунки и разработана технологическая оснастка по его восстановлению.

Рис. 1 - Приспособление для определения износа уплотнительного торца корпуса форсунки: 1 - отсчётный механизм; 2 - салазки

Важным аспектом проблемы является выбор средств измерения линейных размеров и изготовление специальной оснастки. Анализируя РТМ [1], приходим к выводу, что для таких жёстких требований по шероховатости и перпендикулярности поверхности уплотнительного торца корпуса форсунки наиболее оптимальными измерениями обладает метод непосредственной оценки. В качестве инструмента, соответствующего погрешностям измерений [2], выступает индикаторная головка с ценой деления 0,001 мм и пределом допустимой погрешности 0,0025 мм, а также необходимые для этой цели приспособления.

Для измерения износа торца в месте ударов заплечиков распылителя разработано и изготовлено специальное приспособление (рис. 1), состоящее из салазок и отсчётного механизма. В качестве отсчётного механизма использовался индикатор электронный типа ИЦ. При перемещении салазок по плоскости торца стержень индикатора копирует поверхность и показывает величину износа.

Для определения неперпендикулярности уплотнительного торца относительно геометрической оси корпуса форсунки разработано и изготовлено приспособление (рис. 2), в качестве отсчётного механизма, в котором использовался индикатор электронный типа ИЦ. Приспособление состоит из корпуса с резьбой, внутри которого имеется стержень с наконечником. Приспособление работает следующим

Рис. 2 - Приспособление для определения неперпенди-кулярности уплотнительного торца относительно геометрической оси корпуса форсунки

образом: корпус наворачивается на резьбовую часть корпуса форсунки до упора, после чего проводится вращение стержня приспособления, который связан с отсчётным механизмом. Наконечник стержня производит «ощупывание» поверхности торца, и на дисплее отсчётного механизма выдаётся величина отклонения от перпендикулярности.

На следующем этапе этой работы необходимо было определить количество форсунок, необходимых для исследования. При этом использовали уравнение для закона распределения Вейбулла [3]:

(о + 1)А, (1)

где о — возможная относительная ошибка;

Ь — коэффициент для закона распределения Вейбулла.

Для решения данного уравнения необходимо было задаться величиной доверительной вероятности Оо и возможной доверительной ошибкой о.

Примем Оо = 0,95, о = 0,05 и коэффициент вариации V = 0,673, т.к. значение V отлично от значений, приведённых в таблице параметров и коэффициентов закона распределения Вейбулла (ЗРВ) [3]. В таком случае соответствующему V коэффициент Ь находится путём интерполирования и для заданного V величина Ь =1,515.

Проведя расчёты и опираясь на значения таблицы «Количество машин или их элементов при односторонней доверительной вероятности» [3], узнаем, что N > 100.

Были исследованы 130 корпусов форсунок. Анализ результатов исследования показал, что износ в месте контакта распылителя с корпусом форсунки незначителен по сравнению с износом в месте контакта иглы распылителя. Поэтому обработку результатов измерения износа проводим только по износу в месте удара заплечиков иглы распылителя по уплотнительному торцу.

Для составления интервального ряда распределения износов область значений разбивается на определённые частичные интервалы, количество которых определяется по формуле:

Составляется статистический ряд информации об износе (табл. 1).

Далее определяется частота Ш1 попадания величины износа в заданные интервалы, а затем и значения частости по интервалам:

р = т.

от ^ ■

(3)

Определяют также накопленные частости по формуле:

(4)

По данным измерений строим гистограмму и полигон распределения износов нижнего торца корпуса форсунки.

По графику видно, что абсолютное большинство значений ии износа попали в первый, второй, третий, четвёртый и пятый интервалы, поэтому с вероятностью примерно 0,94 можно утверждать, что износ нижнего торца корпуса форсунки будет изменяться от 0,01, но не более чем до 0,05 мм.

При дальнейшей обработке результатов измерений получаем следующие величины.

Средний износ торца корпуса:

ии=у иис! • т,

(5)

где иис1 — величина износа, соответствующая середине 1-го интервала.

ии = 0,005 ■ 0,108 + 0,015 ■ 0,354 + 0,025 ■ 0,215 + + 0,035 ■ 0,162 + 0,045 ■ 0,10 + 0,055 ■ 0,023 +

+ 0,065 ■ 0,008 + 0,075 ■ 0,008 + 0,085 ■ 0,008 +

+ 0,095 ■ 0,008 + 0,105 ■ 0,008 = 0,026 мм.

Разброс величины износа оценивается среднеквадратическим отклонением 8:

• = </Й.

(2)

001 0.02 0.03 от 005 0.06 0.07 0.08 0.09 01 0.11 Рис. 3 - Гистограмма и полигон распределения износов уплотнительного торца корпусов форсунок

1. Статистический ряд информаций о износах уплотнительного торца корпуса форсунки

Частичные интервалы, мм 0- 0,01 0,01- 0,02 0,02- 0,03 0,03- 0,04 0,04- 0,05 0,05- 0,06 0,06- 0,07 0,07- 0,08 0,08- 0,09 0,09- 0,1 0,1- 0,11

Середины интервалов, ПиЫ 0,005 0,015 0,025 0,035 0,045 0,055 0,065 0,075 0,085 0,095 0,105

Частоты, 14 46 28 21 13 3 1 1 1 1 1

Ч^тость рот1 = N 0,107 0,354 0,215 0,161 0,10 0,023 0,008 0,008 0,008 0,008 0,008

Накопленные частоты, У рот, = У N 0,107 0,461 0,676 0,837 0,937 0,960 0,968 0,976 0,984 0,992 1,000

2. Определения значения F(U) по частичным интервалам

Частичные интервалы, мм 0- 0,01 0,01- 0,02 0,02- 0,03 0,03- 0,04 0,04- 0,05 0,05- 0,06 0,06- 0,07 0,07- 0,08 0,08- 0,09 0,09- 0,1 0,1- 0,11

иВ 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0,11

и В / а 0,345 0,689 1,034 1,380 1,724 2,069 2,414 2,759 3,103 3,448 3,793

Р(Ц) 0,180 0,433 0,650 0,802 0,897 0,950 0,977 0,990 0,996 0,998 0,999

(6)

8= У (и - и )2.

•у \ исI и / N

82 = (0,005 - 0,026)2 ■ 0,108 + (0,015 -

- 0,026)2 ■ 0,354 + (0,025 - 0,026)2 ■ 0,215 +

+ (0,035 - 0,026)2 ■ 0,162 + (0,045 -- 0,026)2-0,10+ (0,055-0,026)2- 0,023 + (0,065 - 00,026)2 ■ 0,008 + + (0,075-0,026)2 ■ 0,008 + (0,085 -

- 0,026)2 ■ 0,008 + (0,095 - 0,026)2 ■ 0,008 + + (0,105 - 0,026)2 ■ 0,008 = 0,000306 мм2

8 = 0,0175 мм.

Степень рассеивания случайной величины износа определяется и безразмерной числовой характеристикой - коэффициентом вариации:

8

у =--------, (7)

и - г

и см

где 1см - величина смещения зоны рассеивания; ии - средний износ торца корпусов. Смещение нужно принимать численно равным нижней границе первого частичного интервала из таблицы ряда распределения случайной величины. В нашем случае 1см = 0.

Теоретический закон распределения (ТЗР) износа можно подобрать по значению коэффициента вариации:

если V <0,33 - выбирается нормальный закон распределения случайной величины;

если V >0,33 - выбирается закон распределения Вейбулла.

Так как в рассматриваемом примере V = 0,673, что больше 0,33, то выбираем в качестве ТЗР двухпараметрическое распределение Вейбулла, для которого интегральная функция распределения износов будет иметь вид:

- (-)Ь

^(и) = 1 - е а . (8)

Коэффициент о определяется по формуле:

8 0,0175 Л

а = — =---------= 0,029.

Сь 0,607

Значение коэффициентов Сь находим по таблице параметров и коэффициентов ЗРВ [3]:

СЬ =0,607.

Результаты расчёта F(U) по формуле (8) представлены в таблице 2.

Рис.

2 - Интегральная и эмпирическая функции распределения износов уплотнительного торца корпусов форсунок

Уточняем средний износ ии для ТЗР по формуле:

ии = о ■ КЬ + ^м,

(9)

где 1(м - величина смещения зоны рассеивания,

^см = 0;

ии = 0,029 ■ 0,901 + 0 = 0,0261 мм. Уточнённая величина среднего износа соответствует ранее определённому.

На графике (рис. 2) совместно наносятся графики эмпирической и интегральной функций распределения износов.

Исходя из вышеуказанных расчётов можно сделать вывод о том, что средний износ нижнего торца корпуса форсунки равен: ии = 0,026 мм. Вероятность наиболее часто встречающегося износа (рис. 3) находится в пределах от 0,01 до

0.05.мм. В связи с этим износы форсунок можно разделить на четыре группы:

I гр. - от 0 до 0,02 мм;

II гр. - от 0,02 до 0,04 мм;

III гр. - от 0,04 до 0,05 мм;

IV гр. - свыше 0,05 мм.

Шлифование и доводку торцов корпусов форсунок предлагается проводить комплектами, по количеству мест для их крепления в разработанных для этого приспособлениях.

Литература

1. РТМ 700001021-82 «Восстановление форсунок автотракторных дизелей».

2. Бриш В.Н., Сигов А.Н. Выбор универсальных средств измерения линейных размеров: учебное пособие. Вологда: ВоГТУ, 2008. 64 с.

3. Селиванов А.И., Артемьев Ю.Н. Теоретические основы ремонта и надёжности сельскохозяйственной техники. М.: Колос, 1978. 248 с.