Влияние органических поверхностно-активных веществ на ресурс прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

10. Михин, Н.П. Наблюдение аномально быстрого диффузионного процесса в твердых растворах 3Не-4Не вблизи ОЦК-ГПУ перехода / Н.П. Михин, А.Н. Полев, Э.Я. Руданский // Письма в ЖЭТФ. — Т. 73. — Вып. 9. — С.531-535.

11. Решение о выдаче патента РФ по заявке № 2007101061 от 08.01.2007. Способ ускоренной цементации

стальных деталей / Л.А. Голдобина, В.П. Гусев, Г.Ф. Мок-шанцев, П.С. Орлов, В.С. Шкрабак.

12. Семенова, Л.М. Химико-термическая обработка стали 20Х в условиях циклического изменения температуры / Л.М. Семенова, С.В. Семенов, С.Н. Крайнова // Материаловедение и химико-термическая обработка металлов. — 2003. — № 1. — С. 3-7.

УДК 620.179.112/075.8/

А.П. Быченин, канд. техн. наук, доцент О.С. Володько, канд. техн. наук, доцент

ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»

ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА РЕСУРС ПРЕЦИЗИОННЫХ ПАР ДИЗЕЛЬНОЙ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ

Развитие современной сельскохозяйственной техники характеризуется повышенными требованиями к качеству машин, напрямую связанному с долговечностью их пар трения. Актуальной является задача совершенствования существующих технологий ремонта, технического обслуживания и повышения ресурса деталей машин на базе последних разработок в области триботехнологий, позволяющих в значительной мере повышать надежность узлов и агрегатов машин за счет управления процессами в зонах трения.

На большинстве с.-х. предприятий РФ применяются гусеничные и колесные тракторы различных тяговых классов, оснащенные дизельными двигателями. Многочисленные исследования показали, что до 70...80 % отказов машин происходит из-за износа узлов трения. Наибольшему отказу подвержены прецизионные детали топливной аппаратуры (до 54 %) [1]. Наиболее частыми дефектами ТНВД и форсунок являются соответственно заклинивание и износ плунжера, зависание иглы распылителя и разгерметизация нагнетательного клапана по запирающему конусу [1].

Рациональным способом повышения ресурса прецизионных пар топливной аппаратуры является снижение изнашивания сопрягаемых деталей. Такого эффекта можно добиться несколькими способами:

• увеличением твердости плунжера и втулки;

• улучшением фильтрования топлива;

• повышением смазывающей способности топлива.

С точки зрения простоты применения, наиболее перспективным является последний способ. В работе Н.И. Итинской [2] сказано о положительном влиянии увеличения вязкости топлива на уменьшение величины изнашивания прецизионных пар.

В то же время чрезмерное увеличение вязкости ведет к нарушению работы топливной аппаратуры. Повысить смазывающую способность можно применением альтернативных видов топлива биологического происхождения, в частности, на основе рапсового масла.

В рапсовом масле в значительных количествах содержатся органические кислоты (2.4 % пальмитиновой кислоты, до 1 % стеариновой кислоты, 15.60 % олеиновой кислоты, 15.20 % линолевой кислоты, в зависимости от сорта), которые являются поверхностно-активными веществами, способными вступать в реакцию с адгезионными связями молекул и атомов, расположенных в поверхностных слоях деталей машин с последующим образованием защитной демпферной пленки. Плунжерные пары дизельной топливной аппаратуры являются примером соединения, в котором смазывание осуществляется за счет дизельного топлива, поэтому добавление в его состав органических ПАВ оказывает существенное влияние на режим смазывания.

Процесс трения в соединении в присутствии поверхностно-активных веществ характеризуется наличием граничного слоя, состоящего из пространственно-ориентированных молекул. Этот слой может быть как моно-, так и полимолекулярным. Образовавшаяся на поверхности твердого тела адсорбционная пленка обладает весьма ценными свойствами. По данным [3], монослои карбоновых кислот обладают истинной упругостью формы и механической прочностью. Такие слои представляют наибольший технический интерес. На рис. 1 представлена схема взаимодействия адсорбционных слоев в соединении при сдвиге (а, б, в) и при сжатии (г, д).

Рассмотрим процесс взаимодействия абразивной частицы с поверхностями деталей прецизионной пары дизельной топливной аппаратуры в при-

7777777771

У///////////////Ш

б

сти; — предел текучести материала; в — пьезокоэффициент, характеризующий увеличение прочности на срез от нормального давления; ^кин — глубина внедрения абразивной частицы; Лвн — радиус внедряющегося выступа.

Величина —— + в — адгезион-

сО§

ная составляющая коэффициента трения, а величина 0,4

К

г д

Рис. 1. Схема взаимодействия адсорбционных слоев

сутствии демпферной пленки из поверхностно-активных веществ.

При вращательном движении абразивной частицы в зазоре прецизионной пары слой поверхностно-активных веществ (жирных кислот рапсового масла) на поверхностях трения оказывает смягчающее действие на абразивную частицу, в результате чего снижается глубина внедрения неровностей абразива в материал детали. Происходит деформация сдвига адсорбированного молекулярного слоя и часть энергии воздействия абразивной частицы тратится на преодоление сопротивления защитной пленки.

При скольжении абразивной частицы в зазоре происходит деформация сдвига молекулярного защитного слоя и воздействие зерна абразива на поверхность трения снижается.

Учитывая предыдущие примеры, можно сказать, что вероятность возникновения третьего случая — закрепления абразивного зерна на неподвижной поверхности — снижается вследствие противодействия демпфирующей пленки внедрению частицы в материал детали на достаточную для закрепления глубину, так как сопротивление демпфирующей пленки сжатию максимально.

По данным некоторых литературных источников [1], поверхность абразивной частицы также может служить поверхностью адсорбции. В этом случае за счет образования пленки ПАВ увеличиваются геометрические размеры частицы, и такая частица либо будет отсеяна в фильтре тонкой очистки, либо не поместится в зазор прецизионной пары, что приведет к снижению износа деталей.

Для пластического контакта коэффициент трения рассчитывают по формуле [1]

К

— его

(1)

где т0-зей; с

/ = — + Р + 0,4'К ^ V *вн

предел прочности на срез адгезионных свя-коэффициент формы единичной неровно-

деформационная составляющая.

Из формулы (1) можно выразить глубину внедрения частицы

Ккин = 6,25Квн

/ ( \ \

К - +в

V V с°0 У )

(2)

Согласно (2), глубина внедрения частицы в поверхность трения зависит от коэффициента трения и формы абразивной частицы.

При добавлении рапсового масла в топливо коэффициент трения в соединении снижается, следовательно, должна уменьшаться йкин, так как на форму абразивной частицы рапсовое масло не влияет. Поэтому можно сделать вывод: снижение коэффициента трения при абразивном взаимодействии происходит за счет уменьшения глубины внедрения частицы в поверхность металла в результате образования на поверхности трения демпфирующей пленки из молекул органических ПАВ.

Износ поверхности трения в процессе абразивного изнашивания прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры представим в виде функции

(3)

где I — объемный износ поверхности трения, мм3; Т — время работы соединения, ч; V — объем материала, удаленного одной абразивной частицей, мм3; п — количество абразивных частиц, проходящих через соединение в единицу времени, шт./ч.

Здесь V зависит от глубины внедрения абразивной частицы в поверхность трения.

Характерны два случая внедрения абразивной частицы в поверхность трения:

• частица под давлением внедряется в поверхность трения, происходит пластическая деформация (рис. 2а);

• частица под давлением внедряется в поверхность трения и перемещается, оставляя царапину (рис. 26).

При этом принимаем следующие ограничения:

• абразивная частица имеет форму шара со сферической поверхностью внедрения;

• объемный износ равен объему внедренной части абразивной частицы;

• внедрение абразивной частицы является постоянным на всем пути ее перемещения. Рассмотрим первый случай.

Объем внедренной части абра-

3

зивной частицы, мм , можно рассчитать по формуле

R - H

3

(4)

V /

где Я — радиус внедряемой частицы, мм; Н — высота внедренной части, мм.

I /

-#■

Рис. 2. Схема внедрения абразивной частицы в поверхность трения

Приняв Н = ^ин, запишем формулу (4) в виде h

V = Пки

R--

мм.

(5)

Запишем выражение для определения изно-

3

са, мм ,

i = xVnT,

где х — коэффициент пропорциональности.

Подставив в (б) выражение (5), получим h„

(б)

i = xnT nhv

R--

мм3.

(7)

Для пластического контакта коэффициент трения рассчитывают по формуле (1), из которой можно выразить значение глубины внедрения частицы

Кин = 6,25Rb:

/ / \ \

/ - +р

V V С°0 ) )

2

(8)

Таким образом, зависимость (8) показывает, что глубина внедрения частицы в поверхность трения зависит от коэффициента трения, определяемого смазочным материалом, и формы абразивной частицы.

В условиях постоянного смазывания поверхностей трения смесевым минерально-растительным топливом поверхностные адгезионные связи вступают в реакцию с поверхностно-активными частицами органического происхождения, поступающими в смазочную среду из рапсового масла, в результате чего образуется демпферная пленка. Эта пленка будет препятствовать адгезионному контакту трущихся поверхностей, следовательно, адгезионной составляющей можно пренебречь.

Отсюда

Йкин = 6,25/ мм- (9)

Подставим (9) в (7) и после ряда преобразований получим

i = 122,656xnTB?fA(1 - 2,08/2), мм3. (10)

Преобразуем выражение (10), введя коэффициент

i = У/4(1 — 2,08/2), мм3, (11)

где = 122,656xnTR3, мм3.

Коэффициент ^1 характеризует влияние на параметры трения геометрических размеров абразивных частиц, их количество, попадающее в соединение в единицу времени, и время работы соединения.

Аналогично рассмотрим второй случай (рис. 26), представив суммарный износ от внедрения частицы и ее перемещения с образованием царапины в виде

i = i1 + i2, (12)

где ij = (1 - 2,08/2), мм3 — износ при внедрении ча-

стицы в поверхность трения и пластической деформации; i2 — износ при перемещении частицы с образованием царапины.

После ряда преобразований суммарный износ от внедрения частицы в поверхность трения и ее перемещения с образованием царапины выражен формулой

i = /4[^(1 - 2,08/) + ¥/4], мм3.

(13)

Коэффициент

трения

Концентрация рапсового масла, %

----- Смесевое топливо с добавлением 0,025 % абразива по массе

Смесевое топливо с добавлением 0,05 % абразива по массе

___— Смесевое топливо с добавлением 0,1 % абразива по массе

-----Смесевое топливо с добавлением 0,15 % абразива по массе

Рис. 3. Зависимость коэффициента трения в соединении от концентрации рапсового масла и абразивных частиц

Коэффициент характеризует влияние на параметры трения геометрических размеров абразивных частиц, их количество, попадающее в соединение в единицу времени, и время работы соединения при движении абразивных частиц в соединении, сопровождающемся микрорезанием.

Из формул (1) и (13) видно, что на величину износа соединения влияют не только условия работы деталей (количество и размер частиц, время работы), но и условия смазывания соединения.

С целью сравнительной оценки смазывающей способности смесевых видов топлива различных составов был определен коэффициент трения в паре сталь-сталь. Поверхность образцов была обработана до шероховатости, соответствующей 11 клас-

су, с целью имитации поверхности трения деталей прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры. Как видно из графиков (рис. 3), добавление рапсового масла в состав смесевого топлива приводит к значительному снижению (до 10.15 %) коэффициента трения. Данный эффект наблюдается также и при значительном содержании в топливе абразивных примесей.

Анализируя зависимости, представленные на рис. 3, можно сделать вывод, что добавление в состав смесевого минерально-растительного топлива до 30 % по объему рапсового масла приводит к снижению коэффициента трения при смазывании сме-севым минерально-растительным топливом в отсутствии абразива — с 0,127 до 0,1, что свидетельствует о лучшей смазывающей способности смесевого топлива. При наличии в смесевом минерально-растительном топливе абразивных частиц в количестве 0,15 % по массе коэффициент трения снизился с 0,21 до 0,16.

Ресурсные испытания плунжерных пар позволили установить, что срок службы соединения при использовании смесевого минерально-растительного топлива увеличился на 1252 ч по сравнению с дизельным топливом, или в 1,27 раза.

Отсюда следует вывод: присутствие в смесевом топливе органических поверхностно-активных веществ приводит к улучшению режима трения и снижению величины износа поверхностей деталей прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры.

Список литературы

1. Быченин, А.П. Повышение ресурса плунжерных пар топливного насоса высокого давления тракторных дизелей применением смесевого минерально-растительного топлива: дис. ... канд. техн. наук. — Пенза.: ПГСХА, 2007. — 173 с.

2. Итинская, Н.И. Справочник по топливу, маслам и техническим жидкостям / Н.И. Итинская, Н.А. Кузнецов. — М.: Колос, 1982. — 208 с.

3. Ахматов, А.С. Молекулярная физика граничного трения / А.С. Ахматов. — М.: Физматгиз, 1963. — 472 с.

УДК 621.78:621.8

Р.Н. Сайфуллин, канд. техн. наук, доцент

В.С. Наталенко, аспирант

И.Р. Гаскаров, канд. техн. наук, доцент

ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

СВОЙСТВА АРМИРОВАННЫХ СПЕЧЕННЫХ ЛЕНТ

С

печенные порошковые ленты обычно приме- новлении изношенных деталей машин. Проведен-

няются в качестве упрочняющих наплавоч- ные исследования направлены на изучение тех-

ных материалов и фильтров, менее изученным нологических свойств армированных спеченных

является использование данных лент при восста- лент, применяющихся для восстановления изно-