Оценка абразивной агрессивности загрязнений топлива автомобильных двигателей, эксплуатирующийся в жаркой, высоко запыленной зоне Центральной Азии

АННОТАЦИЯ

В данной работе представлены результаты экспериментального и аналитического исследования абразивной агрессивности пылевых частиц, содержащихся в топливах и моторных маслах автомобильных двигателей.

В связи с тем, что износ деталей цилиндропоршневой группы в основном имеет абразивный характер была изучена абразивная способность пылевых частиц загрязнений топлива двигателей. По результатам исследований получена зависимость логарифмически-нормального распределения частиц пылей и численные значения их абразивной агрессивности, позволяющих существенно облегчить разработку теоретических вопросов снижения абразивного изнашивания деталей двигателей.

ABSTRACT

This paper presents the results of an experimental and analytical study of the abrasive aggressiveness of dust particles contained in fuels and motor oils of automobile engines.

Due to the fact that the wear of parts of the cylinder-piston group is mainly abrasive in nature, the abrasive ability of dust particles of engine fuel pollution was studied. According to the research results, the dependence of the log-normal distribution of dust particles and the numerical values ​​of their abrasive aggressiveness are obtained, which significantly facilitate the development of theoretical issues of abrasive wear of engine parts.

Ключевые слова:  износостойкость, изнашивание деталей, абразывные частицы, долговечность двигателей, запыленность воздуха, атмосферная пыль кварцевые загрязнители.

Keywords: wear resistance, wear of parts, abrasive particles, durability of engines, air dustiness, atmospheric dust, contaminants, quartz contaminants.

В любом отрезке времени проблема повышения качества продукции оставалась одной из важнейших задач. В связи с этим повышение надежности и долговечности автомобильных двигателей, дающих народному хозяйству многомиллионную экономию, занимает в работе моторостроительных заводов и научно-исследовательских, а также образовательных институтов одно из первых мест.

Один из технических аспектов решения проблемы повышения долговечности изделий состоит в обосновании основного направления конструкторских разработок, обеспечивающих с наименьшими затратами необходимое повышение износостойкости деталей двигателей и, в первую очередь, деталей цилиндропоршневой группы.

Практика показывает, что на износостойкость деталей автомобильных двигателей оказывают влияние многочисленные факторы различных причин. Очень важно знать и определить факторы, которые оказывают решающее влияние на изнашивание деталей.

Практический опыт моторостроения показывает, что можно достичь высокую долговечность моторов лишь при снижении абразивного изнашивания деталей автотракторных двигателей.[1,3]

Достоверность этой гипотезы подтверждено результатами экспериментов ряда исследователей [1,3,4,5]. Установлено, что в современных автомобильных двигателях больше половины износов вызвано абразивными частицами, при этом виде изнашивания деталей двигателей имеет преобладающее значение для автомобилей, эксплуатирующихся в различных зонах Средней Азии.  Это обстоятельство указывает на то, что основным резервом повышения долговечности двигателей является уменьшение абразивной составляющей износа, путем защиты двигателей от пылевых частиц, совершенствования воздушных, топливных и масляных фильтров, а также всех мест возможного проникновения пыли в двигатель. Из вышеизложенного следует, что снижение изнашиваемости деталей двигателей автомобилей, эксплуатирующихся в жарко климатических и запыленных условиях Средней Азии от абразивного вида изнашивания имеет первостепенное значение.

Особое значение с точки зрения абразивного изнашивания имеет запыленность воздуха, особенно в летний, сухой период года. Запыленность воздуха в Республике Узбекистан в летнее время в среднем составляет 1,5-2,0 г/м³, а нередко во время сильного ветра –17 г/м³.Для ясности достаточно сказать, что при запыленности воздуха 0,8….1,2 г/м³  видимость полностью теряется. Очевидно, что эксплуатация машин в таких экстремальных условиях имеет свои особенности и повышение их износостойкости и долговечности требует специфического и оригинального подхода к решению вопроса.

Таким образом, основным количеством загрязняющих примесей топлива и воздуха является атмосферная пыль, вызывающая абразивный износ деталей и отказ системы питания двигателя. В связи с тем, что величина такого вида изнашивания определяется абразивной способностью пыли особый интерес с точки зрения разработки мероприятий по повышению долговечности представляет выявление абразивных свойств атмосферной пыли определением их численных значений. В связи с этим нами были проведены аналитический и экспериментальный исследования по решению выше поставленной задачи.

Между запыленностью воздуха и загрязненностью топлива имеется определенная корреляционная зависимость. Чем выше запыленность воздуха, тем больше и топливе пылевых загрязняющих примесей, главным образом окислов кремния и алюминия. Это показывает, что основным источником загрязнений является атмосферная пыль.

Абразивная способность пыли зависит в первую очередь от ее дисперсного и минералогического составов, поэтому теоретический и практический интерес представляет количественная оценка абразивной способности дорожных пылей, естественных загрязнителей воздуха, топлива и искусственного кварцевого загрязнителя, используемого при испытаниях топливных, масляных и воздушных фильтров.

Исследовалась дорожная пыль с поверхностей капота кабины и крыльев, а в качестве загрязнителей бензина использовались отложения из топливных фильтров автомобилей, эксплуатирующихся в различных районах Узбекской Республики.

Счетный дисперсный состав загрязнений определяли на приборе РМS фирмы Millipor (США) методом автоматического подсчета частиц загрязнителя под микроскопом. Погрешность подсчета не превышает 2,7%.

При определении дисперсного состава загрязнителей для приготовления проб брали навеску пыли и отложений из фильтров массой 10 мг и распределяли ее в 100 мл бензина. Для исключения крупных конгломератов колбу с образцом помещали в ультродиспергатор. Из продиспергированной пробы отбирали 1 мл суспензии, разбавляли 14 мл бензина и фильтровали через мембранный фильтр Millipor. Фильтр с осевшими частицами подсушивали и просветляли раствором с равными пропорциями гексана и дихлорэтана. Для удобства сравнения результатов исследований определена также и удельная поверхность загрязнителей на прибое ПСХ-2 в соответствии с ГОСТом 8002-94.

Минералогический состав загрязнителей определялся валовым анализом, основанным на сплавлении первичных и вторичных минералов почвы, связанных кристаллическими решетками при помощи сернокислых и углекислых солей натрия и калия при температуре 1273-1473К. Образующиеся при этом щелочные соли кремниевой кислоты растворяли в соляной кислоте и определяли содержание минералов кварца, а затем и других элементов весовым способом.

Абразивную способность загрязнителей исследовали на установке УАС-2 предназначенной для определения абразивных свойств микропорошков в соответствии со стандартом СЭВ 206-75.

Установка УАС-2 представляет собой шлифовальный станок настольного типа с горизонтальной планшайбой для шлифования металлических образцов с незакрепленными абразивными порошками в масляной суспензии. Частота вращения диска, т.е. планшайбы, изготовленной из стали ШХ15 твердостью НRC 60, равна 1,67 с^-1. В качестве испытуемого образца использован чугун СЧ 21-40 твердостью НВ 310-340 в форме прямоугольной призмы с основанием 10 Х10 мм. Одновременно испытываются три образца, закрепленные на равном друг от друга расстоянии на блоке держателя, который совершает возвратно-поступательное движение по поверхности движения планшайбы с частотой два хода в секунду. Образцы прижимаются к поверхности планшайбы грузом массой 2 кг. Абразивные порошки вместе с маслом вводятся на поверхность между планшайбой и образцами. Продолжительность испытания 30 мин. Абразивная способность пыли определялась результатом двух параллельных опытов.

Исследование дисперсных составов естественной дорожной пыли и загрязняющих примесей из топливных баков автомобилей показали, что все они имеют логарифмически нормальное распределение (ЛНР) размеров частиц, поэтому каждое из них полностью характеризуется двумя параметрами:  средним  логарифмом размеров частиц lgx₀, и логарифмом среднего квадратического отклонения lgβ, определяемого соотношением lgβ _=1/tgα где  _tgα-угол между прямой линией, характеризующей распределение размеров частиц, и осью абсцисс в логарифмических нормальных координатах.

Результаты счетного дисперсного анализа аэрозолей показали, что они удовлетворительно аппроксимируются логарифмически нормальным распределением.

Рисунок 1. Зависимость среднего логарифма частиц lgx от среднего квадратического отклонения lg   в аэрозолях по различным данным

Из полученных значений параметров логарифмически нормального распределения, нанесенных на график (рис.1), видно явная корреляционная зависимость среднего логарифма размера частиц от среднего квадратического отклонения с коэффициентом корреляции, равным 0,863. По методу наименьших квадратов найдено линейное уравнение этой зависимости:

 tgβ=0,4426-0,1647 lgx_{0                                                                                              (1)}

Таким образом, распределение частиц атмосферных пылей как и загрязнений жидкостей, может быть однозначно определено значением lgx₀ или x₀, что дает основу для классификации дисперсных составов различных пылей и позволяет их сравнивать, а также существенно облегчает разработку теоретических вопросов абразивного изнашивания.

Минералогический состав загрязнителей оценивался по содержанию кварца и глинозема. Содержание глинозема в исследуемых пылях не превышало 19%, поэтому их значения не приведены.

Количества кварца в пылях и отложениях из фильтров близки и в зависимости от структуры почв и местности отбора проб их содержание изменяется от 36.2 до 65%. Содержание кварца в искусственном кварцевом загрязнителе 98%

Таблица 1.

Относительная абразивная способность дорожной пыли

Абразивная способность загрязнителей определялась отношением массы сошлифованного металла к массе израсходованной для этого пыли:

А=                                                                              (2)

Где q₁ и q₂-масса образца соответственно до и после испытаний, мг; G-навеска абразивной пыли, мг

С увеличением содержания кварца в естественных пылях увеличивается их абразивная способность. Отложения из топливных фильтров имеют несколько меньшую абразивную способность по сравнению с дорожными пылями тех же районов, что, по-видимому, обусловлено изменением дисперсного и минералогического составов осадков. Все естественные загрязнителя имеют в 1,7-5 раз меньшую абразивную способность, чем искусственный кварцевый загрязнитель.

Таким образом, результаты исследований позволяют сделать следующие выводы: дисперсный состав частиц различных аэрозолей может быть аппроксимирован единым, логарифмически-нормальным законом распределения, между параметрами которого имеется линейная зависимость, что существенно облегчает разработку теоретических вопросов снижения абразивного изнашивания деталей двигателей. Дисперсный состав пылей однозначно характеризуется логарифмом размеров частиц. Оценка дисперсного состава пылей средним логарифмом размеров частиц может существенно упростить обработку и анализ результатов испытаний фильтров.

Список литературы:
1. Григорьев М.А., Пономарев Н.Н. Износ и долговечность автомобильных двигателей. М. Машиностроение 1976. 248с.
2. Григорьев М.А., Каримходжаев Н.Т. Эффективность различных систем очистки топлива на автомобилях. /Автомобильная промышленность. 1980. №11. С.3-5.
3. Кадыров С.М., Пути повышения долговечности автотракторных двигателей в условиях Средней Азии – Ташкент: Фан. 1981. 137 с.
4. Каюмов Б.А. Исследование эксплуатационной надежности системы питания двигателей с прыском топлива в условиях Узбекистана. Россия. Курган международная научно-практическая конференция “Проблемы и переспективы развития автомобильного транспорта. ” 2013, 156-161с.
5. Крамаренко Г.В., Салимов А.У., Каримходжаев Н.Т. Качество топлива и надежность автотракторных двигателей. Ташкент. Фан.1992. 120 с.