Стендовые испытания плунжерных пар ТНВД на различных режимах, близких к эксплуатационным

Для определения скорости изнашивания применялась машина трения МТУ-01 (рис. 4.35, а).

Универсальная машина трения МТУ-01 предназначена для проведения испытаний на трение и изнашивание металлических и неметаллических материалов в условиях применения различных смазочных материалов (масла и пластичные смазки).

С помощью машины трения МТУ-01 можно определять и контролировать триботехнические характеристики различных материалов и смазочных составов, при проведении научно-исследовательских работ для определения оптимальных сочетаний материалов и смазочных составов с целью повышения износостойкости различных узлов машин и механизмов, а также в учебных целях при проведении лабораторных и исследовательских работ по триботехнике.

Компоновка машины трения МТУ-01 предполагает проведение исследований на образцах по принципу «торец-диск» (рис. 4.35, б). Образцы закреплялись в верхнем диске, который затем крепится в привод машины трения. Общая методика работы машины трения будет описана в другом разделе.

Общий вид оборудования для проведения исследований износостойкости

Рисунок 4.35 - Общий вид оборудования для проведения исследований износостойкости : а - универсальная машина трения модели МТУ-01; б - крепления исследуемых образцов на машине трения

Метод испытаний основан на взаимном перемещении прижатых друг к другу с заданным усилием испытываемых образцов в среде смазочных материалов. При этом используется принцип трения торца цилиндрического образца о плоскую сторону диска. Цилиндрический образец имеет полость для закладки дозированного количества смазочного материала, который при работе машины постепенно поступает в зону контакта. В процессе испытания тензодатчиком регистрируется момент трения с графическим отображением его изменения, а также изменение веса испытуемых образцов. Регистрируемые параметры записываются и обрабатываются с использованием ПЭВМ.

Особенностью машины трения МТУ-01 является использование в качестве привода серийно выпускаемого настольного сверлильного станка, который в сочетании с оригинальным блоком узла трения позволяет сохранять при работе параллельность трущихся поверхностей. Мощность привода определяется характеристиками сверлильного станка. Габариты машины трения позволяют размещать ее на лабораторном столе.

Машина трения позволяет получить результат испытаний в течение одного часа. Ее можно также использовать при длительных испытаниях продолжительностью несколько часов.

Для проведения многофакторного эксперимента были изготовлены образцы «торец» (рис. 4.36, а) в качестве подложки и «пластина» (рис. 4.36, б) в качестве движущегося элемента по подложке.

Общим вид изготовленных образцов для проведения многофакторного эксперимента

Рисунок 3.36 - Общим вид изготовленных образцов для проведения многофакторного эксперимента: а - образцы типа «горец»; б - образцы типа «пластина»

Методикой исследования на МТУ-01 предусматривается весовой метод контроля износа по ГОСТ 27860-88. Но при исследовании износа деталей, в условиях смазки, для его регистрации необходимо промывка, просушка образцов и тщательное удаление смазки с поверхностей, что как показывает практика не всегда достижимо при изменении свойств смазки.

Кроме того, при наличии весов высокой точности требуется большое количество циклов опытов, чтобы получить достоверную информацию.

Поэтому при проведении эксперимента, учитывая небольшую величину наносимого покрытия до 3 мкм, была применена методика определения износа методом отпечатков.

К недостаткам относится то, что после вдавливания индентора на поверхности образуется наплыв, который вспучивается над поверхностью и в начале контакта при исследовании на износ, фактические площади касания значительно меньше, что увеличивает интенсивность износа. Для устранения этого недостатка нами предлагается следующая последовательность подготовки образца. Подготовленные образцы по параметрам шероховатости плунжера и втулки, закрепляются первоначально на рабочем столе микротвердомера HV-1000. С использованием алмазной пирамиды с углом при вершине 120° наносится отпечаток при усилии 100Н.

Далее на шлифовально-полировальном станке FORCIMAT 1М наплыв или вспучивание устраняется полировкой образцов. После этого в зависимости от условий эксперимента наносится или не наносится тонкопленочное покрытие. После этого образцы готовы к использованию.

Подготовка образцов топлива

Одним из наиболее значимых факторов, определяющих стабильность параметров топливоподачи насосными секциями, является качество топлива.

В соответствие с ГОСТ 2177-99 дизельное топливо должно иметь одинаковые показатели и свойства, представленные в таблице (приложение 1).

Перед проведением опытов топливо, подаваемое в зону трения образцов машины трения МТУ-01, оценивалось по параметрам качества в инновационной лаборатории «Топливо-смазочные материалы и системы питания автотракторных двигателей» Ставропольского ГАУ. Анализ данных таблицы показывает, что топливо, отобранное для проведения эксперимента, соответствует полностью по всем параметрам ГОСТ 2177-99.

Все образцы топлива находились в одинаковых условиях хранения при комнатной температуре лаборатории в стеклянной посуде. Для устранения оседания порошка, перед проведением опыта топливо тщательно перемешивалось. При изменении условий опыта в соответствие с планом и матрицей кювета, в которой размещался образец, промывалось и очищалось в моечной установке.

Тарировка размеров отпечатков от износа

Заключительной операцией при подготовке образцов было устранение наплывов и нанесение покрытия. Перед установкой этих образцов на машину трения МТУ-01 производится измерение отпечатков, полученных после полировки. Для этого использовалось программное обеспечение металлографического микроскопа Axiovert 40 МАТ. Измерение исходных размеров отпечатков производилось при различном увеличении. Это дает возможность объективно оценивать развитие износа поверхностей образцов даже при их небольших величинах.

Методика отпечатков для определения величины износа

На точность определения величины диагонали отпечатка значительно влияет вспучивание металла вокруг отпечатка при вдавливании пирамиды, а также регистрирующая система измерительных приборов. В связи с этим, перед первым замером диагонали отпечатка, вспучивание сошли- фовывается, либо удаляется предварительной приработкой исследуемой поверхности. Кроме того, применение метода отпечатков затруднено и в тех случаях, когда износ сопровождается пластическим деформированием поверхностного слоя.

Рассмотренные методы имеют свои достоинства и недостатки. Весовой метод считается наиболее рациональным, так как время, затрачиваемое на взвешивание образцов, может быть минимальным среди всех методов.

Определение величины износа весовым методом сводится к разности массы образца до и после исследований:

где тх - масса образца до исследований, т2 - масса образца после исследований.

Примем, что исследуемый образец имеет форму цилиндра с площадью основания S и длиной 1ь изготовленного из стали с плотностью у=7,8*10"' г/мм'. Образец ориентирован так, чтобы его ось была перпендикулярна контртелу, а износ происходит по длине (рис. 4.37). Исходя из этого формулу (4.37) можно представить в следующем виде:

где V) - объем образца до исследовании,

V2 - объем образца после исследований.

Объем исследуемого образца можно вычислить по формуле:

где I и S- соответственно, длина и площадь основания образца.

Схема к определению массы изношенного образца

Рисунок 4.37 - Схема к определению массы изношенного образца

Подставив формулу (4.98) в Формулу (4.99) получим:

Определение величины износа весовым методом можно представить в следующем виде:

При исследовании образца цилиндрической формы диаметром 10 мм установим величину изменения массы, если изменение длины составит 1 мм. Подставив все известные значения в формулу (4.94) получим:

При изнашивании стального образца цилиндрической формы с диаметром 10 мм на 1 мм, его масса уменьшается на 0,612 г. Аналогично можно сказать, что при износе каждого микрометра в поперечном сечении такого образца необходимо фиксировать весовым методом 0,612 мг потерь его массы. Это в свою очередь требует дополнительного очень точного весового оборудования, как правило, электронного, или необходимо увеличивать продолжительность эксперимента. При исследовании величины износа высокотвердых материалов, работающих в условиях смазки, требуется еще больше увеличивать время проведения испытаний, или проводить ускоренные испытания за счет добавления в смазочные материалы абразивных частиц. Это искажает реальные условия взаимодействия рабочих поверхностей трибосопряжений, которые с некоторыми допущениями моделируются на испытательных машинах. Кроме этого, для взвешивания таких образцов требуется дополнительные операции по очистке, мойке и сушке, которые необходимы для полного удаления частиц смазки и износа.

Наличие нового современного измерительного оборудования позволило нам предложить усовершенствованную методику, которая расширяет возможности метода отпечатков.

Рассмотрим схему развития износа на отпечатке, который сделан алмазной пирамидой с углом между боковыми гранями 136° (рис. 4.38).

Величина износа в каждом эксперименте характеризуется величиной изменения глубины отпечатка каждого образца, находящегося в контакте. Значение глубины отпечатка можно представить в виде выражения

где D - среднее значение диагоналей отпечатка, мкм. h - глубина отпечатка, мкм;

а - угол между противоположными ребрами пирамиды.

Схема к определению величины износа методом отпечатков

Рисунок 4.38 - Схема к определению величины износа методом отпечатков

Тогда величина износа после установленной продолжительности цикла отдельного опыта будет определяться из следующего выражения

где (3 - угол между боковыми гранями алмазной пирамиды, (3=136°.

Учитывая значение постоянных характеристик алмазного индентора, определим характер изменения диагоналей отпечатка за каждый цикл опытов, при величине износа 1 мкм. Преобразуем выражение (4.104), получим

После проведения цикла испытаний, которое характеризуется износом одного из контролируемых образцов в 1 мкм, изменение диагоналей отпечатка составляет 7 мкм, т.е. имеет постоянное соотношение 1:7.

Таким образом, предлагаемая методика определения износа образцов при их испытании на износостойкость поверхностных слоев позволяет более оперативно и достоверно определять динамику изменения скорости изнашивания материалов и покрытий. Другим положительным моментом является также и сокращение времени на проведение исследований.

Сравнительные испытания проводились на стенде С ДМ 12-01 на примере топливного насоса высокого давления 4УТНМ, на который были установлены плунжерные пары с покрытием и без покрытия. Общая продолжительность испытания плунжерных пар составила порядка 1600 мото- ч, на протяжении всего периода исследований считывались показания по топливоподаче насосных секций, при различных скоростных режимах. Проведенные исследования позволили установить зависимость цикловой подачи от времени наработки и частоты вращения кулачкового вала:

где С7ЦЭ - цикловая подача экспериментальных плунжерных пар, мл;

<7Цз - цикловая подача заводских плунжерных пар, мл;

t- наработка плунжерных пар, мото-ч;

п - частота вращения кулачкового вала топливного насоса, мин'1.

За период от начала эксплуатации до наработки плунжерных пар 1600 мото-ч, при номинальной частоте вращения (^=1100 мин'1) кулачкового вала топливного насоса, цикловая подача изменялась в соответствии с формулами [154]:

где q1 - цикловая подача экспериментальных плунжерных пар;

1 - цикловая подача заводских плунжерных пар.

Результаты, полученные в ходе испытаний, представлены в рисунке 4.13.

плунжерных пар00 " заводских «>)

ресурса и оборотов кулачкового вала

С уменьшением частоты вращения кулачкового вала ТНВД до 800 мин'1, снижение цикловой подачи экспериментальных и заводских плунжерных пар составило 1,8% и 5,5%, а неравномерность топливо по дачи по секциям повысилась до 2,3% и 6,7%, соответственно.

При частоте вращения кулачкового вала до 500 мин1, снижение цикловой подачи экспериментальных плунжерных пар составило 4,9% с неравномерностью подачи по секциям 2,8%, а у заводских 9,3% и 24,6%, соответственно.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >