Краевое государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение “Красноярский автотранспортный техникум” Методические указания для студентов заочного отделения Красноярск, 2020 §1. Определение плотности. Для учёта расхода и движения нефтепродуктов на нефтескладах и автомобильных заправочных станциях (АЗС), так как приход фиксируют в единицах массы (кг, т), а расход при заправке автомобилей учитывается в единицах объёма (л). Поэтому для пересчёта из единиц массы в единицы объёма и обратно нужно знать плотность получаемых и отпускаемых нефтепродуктов. Различают абсолютную и относительную плотность вещества. Абсолютная плотность вещества -это масса, содержащаяся в единце объёма. В СИ размерность плотности является килограмм на кубический метр (кг/м3). Одноко на практике иногда применяют и другие единицы – г/см3, кг/л. За единицу плотности принимают массу 1м3 дистиллированной воды при температуре 4оС. Поскольку масса 1л воды при 4оС точно равна 1кг, плотность воды при 4оС равна 1000 кг/м3. Относительная плотность вещества – это отношение его массы к массе дистиллированной воды при 4оС, взятой в том же объёме. Относительную плотность нефтепродуктов определяют при температуре 20ºC. В зарубежных и некоторых отечественных стандартах пределы плотности устанавливаются при 15ºCºC . Например, если 1л бензина при 20ºC весит 730г, а 1л воды при 4оС весит 1000г, то относительная плотность бензина будет равна p20=730/1000=0,730 Относительная плотность – величина безразмерная. Относительная плотность автомобильных бензинов колеблется в пределах 0,690…0,810 , а абсолютная плотность с системе СИ соответственно 690…810 кг/м3 при 20ºC. 1 Таблица1.1. Плотность нефтепродуктов и их компонентов Наименование Бензин Плотность при температуре 20оС, кг/м3 690...810 Бензин, полученный методом: каталитического риформинга 75ºC8 каталитического крекинга 785ºC термического крекига 734 Метанол (метиловый спитр) 791 Этанол (этиловый спирт) 789 Бензол 879 Изооктан 692 Керосин 790 Дизельное топливо 810...860 Масло моторное: для бензиновых двигателей 910...930 авиационное 880...905ºC для дизелей 890...920 2 Плотность определяется с помощью ареометров (нефтеденсиметров), гидростатических весов и пикнометра. Рис.1.1. Общий вид нефтеденсиметра (ареометра) (а) и измерение плотности (б) Из-за своей простоты способ определения плотности нефтепродуктов ареометром ( ГОСТ 3900-85ºC) применяется значительно чаще по сравнению с другими. Сущность метода заключается в снятии показания со шкалы ареометра, погруженного в жидкость рис.1.1. Если температура в момент определения его плотности отличается от стандартной температуры +20оС, нормируемой ГОСТом, то производят расчёт плотности нефтепродукта с учётом температурной поправки по формуле p20 = pt + γ •(t-20), (1.1) где p20 – плотность нефтепродукта при температуре +20ºC, кг/м3 pt – плотность нефтепродукта при температуре замера, кг/м3 t – температура нефтепродукта в момент замера,ºC γ – зависящая от величины плотности температурная поправка, значения которой приведены в табл.1.2, кг/(м3·ºC).ºC). Эта формула, предложенная Д.И. Менделеевым, показывает, что плотность нефтепродуктов уменьшается с повышением температуры и увеличивается с её понижением 3 Таблица1.2. Средние значения температурной поправки к плотности нефтепродуктов Плотность нефтепродуктов, кг/м3 Температурная поправка γ на 1ºC, кг/(м3·ºC).ºC) Плотность нефтепродуктов, кг/м3 Температурная поправка γ на 1ºC, кг/(м3·ºC).ºC) 690,0...699,9 0,910 85ºC0,0...85ºC9,9 0,699 700,0...709,9 0,897 860,0...869,9 0,686 710,0...719,9 0,884 870,0...879,9 0,673 720,0...729,9 0,870 880,0...889,9 0,660 730,0...739,9 0,85ºC7 890,0...899,9 0,647 740,0...749,9 0,844 900,0...909,9 0,633 75ºC0,0...75ºC9,9 0,831 910,0...919,9 0,620 760,0...769,9 0,818 920,0...929,9 0,607 770,0...779,9 0,805ºC 930,0...939,9 0,5ºC94 780,0...789,9 0,792 940,0...949,9 0,5ºC81 790,0...799,9 0,778 95ºC0,0...95ºC9,9 0,5ºC67 800,0...809,9 0,765ºC 960,0...969,9 0,5ºC5ºC4 810,0...819,9 0,75ºC2 970,0...979,9 0,5ºC41 820,0...829,9 0,738 980,0...989,9 0,5ºC28 830,0...839,9 0,725ºC 990,0...999,9 0,5ºC15ºC 840,0...849,9 0,712 ♦ Контрольное задание. Замеренную плотность продукта привести к плотности при стандартной температуре 20оС. Заполните отчёт п.1.1. Вариант №1 p23 = 715ºC кг/м3 Вариант №2 p25ºC = 75ºC6 кг/м3 4 §2. Автомобильные бензины. При сгорании в автомобильных двигателях химическая энергия топлива преобразуется в тепловую, которая посредством давления горящих газов толкает поршень, совершающий механическую работу. Одно из основных автомобильных топлив - бензин. Эффективность работы двигателя, его мощность и экономичность зависят от качества применяемого топлива. Основные требования к бензинам: хорошая испаряемость; отсутствие детонации при сгорании; минимальное смоло- и нагарообразование; нормативное содержание вредных веществ (свинец,сера идр.) Для обеспечения стандартных требований к топливам при выпуске их с нефтеперерабатывающих заводов, а также на больших нефтебазах проводят испытания нефтепродуктов и оформляют паспорт качества. В этом документе записывают фактические показатели свойств и показатели, требуемые стандартом, что дает потребителям возможность оценить действительное качество материала. Испаряемость топлива оценивается фракционным составом. Стандартные испытания этого показателя выполняются на специальном приборе для разгонки нефтепродуктов (рис.2.1.). Рис. 2.1. Прибор для разгонки нефтепродуктов 5ºC Объем испытуемого топлива - 100 мл. Обязательные условия испытаний приведены в стандарте, некоторые из них следует отметить. Во-первых, расположение термометра должно быть уровня топлива (см. рисунок), что обеспечивает измерение температуры паров, а не жидкости. Во - вторых, бензин и колбу обязательно охлаждают до 13-18 оС, иначе парообразование может начаться еще до испытаний. В-третьих, в холодильнике должна быть низкая температура (t = 0оС) в течение опыта, что достигается заполнением емкости льдом и подключением к проточной воде. Процесс испытаний проводится следующим образом. Постепенно нагревая топливо, отмечают температуры начала кипения (t нк), выкипания 10 % объема (следят за наполнением мерного стаканчика), 5ºC0 % объема, 90 % объема и температуру конца кипения (tкк). Эти значения – (tнк, t10%, t5ºC0%, t90%, tкк) и являются фактическими показателями фракционного состава, которые записывают в паспорт. Более наглядно представить процесс выкипания бензина можно в виде кривых разгонки бензина (рис.2.2). Температуры от начала кипения до испарения 10% объема характеризуют пусковые свойства топлива: чем ниже температура выкипания t 10%, тем легче запускается двигатель. Для пуска холодного двигателя нужно, чтобы t10% была не выше 5ºC5ºCоС для зимнего бензина и не выше 70-75ºCоС для летнего. Легкие фракции нужны только на период пуска и прогрева двигателя. После трогания с места и увеличении скорости необходимо интенсивное поступление большего количества топлива в цилиндрах. Поэтому более тяжелые, чем пусковые, рабочие фракции ( от 10 % до 90 % объема) должны испаряться в пределах 40...180оС в зависимости от сорта и марки бензина. Чем однороднее фракционный состав топлива, тем круче поднимается в средней части кривая разгонки, тем лучше приемистость автомобиля. Тяжелые фракции (от 90% до конца кипения) в топливе нежелательны, так как они не выкипают полностью, увеличивая нагарообразование и разжижая моторное масло. 6 Рис.2.2. Кривые разгонки бензинов Сравнивая З кривых разгонки бензинов, можно охарактеризовать их пусковые и рабочие свойства. ♦ Контрольное задание. С помощью номограммы (рис. 2.3) сделайте эксплуатационную оценку по фракционному составу бензина (заключение). Заполните отчёт п.1.2. Результаты разгонки образца топлива: 20 30 40 % % % 5ºC0 60 % % 70 % 80 % 90 % кк Потери,% нк 10 % соответствующая Остаток,% Температура ºC, вариант 38 №1 5ºC5ºC 5ºC8 79 95ºC 120 128 142 15ºC5ºC 170 190 3 1 вариант 41 №2 65ºC 72 90 117 130 132 166 183 195ºC 198 3 1 7 Для заключения небходимо ответить на вопросы. Самая низкая температура наружного воздуха t ºC, при которой: - возможно образование паровых пробок - обеспечен лёгкий пуск двигателя - обеспечен затруднительный пуск двигателя - обеспечен быстрый прогрев и хорошая приемистость - незначительное разжижение масла в картере - заметное разжижение масла в картере. - незначительное разжижение масла в картере ; - заметное разжижение масла в картере . Рис. 2.3. Номограмма оценки бензина. По горизонтальной оси номограммы отложены температуры характерных точек разгонки бензина. а на вертикальной оси температура наружного воздуха. 8 ♦ Контрольные вопросы для тестирования (Заполните отчёт п.1.3.). 1. В паспорт нефтепродукта записывают: а) фактические показатели топлива; б) стандартные показатели топлива и их фактические значения; в) отклонения показателей от стандарта. 2. Температуры выкипания 5ºC0-90% объёма влияют на: а) мягкость пуска двигателя; б) приемистость автомобиля; в) отсутствие смолистых соедтнений. 3. Зимние и летние бензины отличаются: а) октановым числом; б) степенью очистки; в) фракционным составом. 4. Разгонка бензинов при исследовании фракционного состава предусматривает определение: а) плотности при 20 0 С; б) давления паров бензина; в) температур выкипания 10 %, 5ºC0 – 90% объема, а также начала и конца кипения. 5. Для летнего бензина t10% должна быть не выше: а) минус 30 0 С; б) плюс 5ºC5ºC 0 С в) плюс 70-75ºC 0 C. 9 Испытания бензина на детонационную стойкость - одно из важнейших при проверке качества бензина. На первом месте в паспорте качества записывают октановое число - показатель детонационной стойкости. Бензин попадает в камеру сгорания на такте впуска; он испаряется, смешивается с воздухом. На такте сжатия бензина с воздухом повышается давление и температура. Чем выше степень сжатия двигателя, тем больше давление и нагрев топливновоздушной смеси. Именно в этих условиях молекулы бензина, частично окисляясь, образуют так называемые перекисные соединения, которые затем сгорают, образно говоря, как порох, то есть очень быстро. Скорость сгорания после подачи искры почти сверхзвуковая (2000-25ºC00 м/с). Это явление называется детонацией. Детонация сопровождается большими скачками давления (рис.2.4), перегревом двигателя, резким металлическим стуком в нем и падением мощности. Из выхлопной трубы вырывается дым, поршни прогорают, а то и разрушаются. Эксплуатировать двигатель при наличии детонации совершенно недопустимо. Рис. 2.4. Индикаторная диаграмма процессов сжатия и рабочего хода при нормальном и детонационном сгорании бензина Детонационная стойкость - способность бензина выдерживать высокие давление и температуру, не детонируя в процессе сгорания. Ее определяют на специальных установках одноцилиндровых двигателях в лабораторных условиях. 10 Отличительной особенностью такого двигателя является возможность изменения объема камеры сгорания, то есть степени сжатия (рис. 2.5ºC). Испытания бензина проводят так: запускают установку и в процессе работы повышают степень сжатия (интервал изменения степени сжатия от 4 до 10) до начала детонации. Начало детонации определяют по специальному датчику. Затем готовят эталонную смесь из двух веществ - изооктана (с высокой детонационной стойкостью – 100 ед.) и н-гептана (с нулевой детонационной стойкостью - 0 ед.). Смесь готовят таким образом, что при сгорании на той же установке она начинала бы детонировать при такой же степени сжатия, что и бензин, то есть вела себя эквивалентно бензину. Убедившись в этом факте, бензину присваивают октановое число эталона. Таким образом, октановое число - это показатель детонационной стойкости бензина, численно равный процентному содержанию изооктана в смеси с н-гептаном, которая по детонационной стойкости эквивалентна смеси, состоящей из соответственного объема изооктана и н-гептана. Испытания на детонационную стойкость проводятся двумя методами - моторным и исследовательским. Необходимость в разных методах испытаний связана с тем, что в реальных условиях двигатель всегда работает на переменных режимах - то с большой нагрузкой и перегревом, то с меньшей нагрузкой. Если обороты двигателя выше , то и нагрев паров бензина интенсивнее, стало быть детонация может возникнуть быстрее. Методы испытаний в какой-то мере имитируют разную нагрузкубольшую (моторный метод) и меньшую (исследовательский метод). С большей нагрузкой (моторный метод) октановое число получается меньше, а при исследовательском методе - больше. В паспорт на бензин записывают оба октановые числа, а в марку - только одно. Если в марке стоит буква ”И", например АИ - 95ºC, то бензин автомобильный (А), имеет октановое число по исследовательскому методу (И), равное 95ºC. Если буквы нет в марке, например А-80, то октановое число приведено по результатам моторных испытаний. 11 Рис. 2.5ºC. Схема установки для определения октанового числа бензина Несоответствие октанового числа бензина, рекомендуемого заводом - изготовителем двигателя, приводит к разрушению деталей двигателя. При этом прогорают клапана и электроды свечей, может быть пробита прокладка головки блока, активно изнашиваются цилиндры. Мощность падает; в отработавших газах появляется черный дым, может быть слышен ”металлический” звон - стук в двигателе. 12 ♦ Контрольные вопросы для тестирования (Заполните отчёт п.1.3.). 6. Процесс детонации - это: а) догорание рабочей смеси в выпускном коллекторе; б) преждевременное воспламенение рабочей смеси от перегретых деталей; в) очень быстрое сгорание бензина при подаче искры. 7. При детонации мощность двигателя: а) повышается на 10-15ºC 0/0; б) не изменяется в) падает. 8. При испытании бензина на детонационную стойкость степень сжатия: а) устанавливают максимальной; б) не меняют в процессе опыта; в) изменяют в пределах от 4 до 10. 9. Моторный и исследовательский методы испытаний проводятся для определения октанового числа бензина: а) при разных температурах воздуха; б) при разных степенях сжатия; в) при различной нагрузке (оборотах) двигателя. 10. В паспорт бензина записывают: а) октановое число по исследовательскому методу; б) октановое число по моторному методу; в) октановое число по моторному и по исследовательскому методам. 13 §3. Определение вязкости нефтепродуктов. Среди показателей качества нефтепродуктов вязкость особенно важна для дизельных топлив и масел, как моторных, так и трансмиссионных. Вязкостно-температурные свойства характеризуют изменение вязкости жидкости при изменении ее температуры. Под вязкостью жидкости понимается внутреннее трение между частицами, которое обуславливается силами молекулярного сцепления. Вязкость - это сопротивление, которое оказывают частицы жидкости собственному взаимному перемещению под действием внешней силы. Различают вязкость динамическую и кинематическую. Динамическая вязкость (η) - коэффициент внутреннего трения между слоями жидкости. Единицей динамической вязкости является 1 Па·с, численно равный силе сопротивления 1 Н, возникающей при перемещении двух слоев жидкости площадью S = 1 м2 и находящихся один от другого на расстоянии h = 1 м при скорости перемещения 1 м/с (рис. 1). Кинематическая вязкость (ν) - удельный коэффициент внутреннего трения. Между кинематической и динамической вязкостью существует зависимость: ν= η / p (3.1) т.е. кинематическая вязкость равна отношению динамической (η) вязкости к плотности жидкости (р) при одинаковых температурах. Единицей измерения кинематической вязкости служит стокс (Ст) или м2/с; чаще используется сотая доля этой единицы-сантистокс (сСт) или мм2/с. К примеру вязкость воды составляет при 20 0С около 1 сСт. Для определения кинематической вязкости используют специальные приборы - вискозиметры (рис. 2). В одном колене вискозиметра (ВПЖТ-4, ВПЖТ-2) имеются две калиброванные емкости каплеобразной формы, переходящие в капиллярную трубку. Принцип измерения вязкости основан на определении времени истечения жидкости через капилляр. При вытекании 14 жидкости из верхней емкости вниз следят за ее уровнем, и как только он достигает верхней метки (риска между емкостями), включают секундомер. При достижении уровнем жидкости нижней метки (риска под нижней емкостью) секундомер выключают. Время истечения (в секундах) используют для расчета кинематической вязкости: ν= C· τ , мм2/с (3.2) где с - постоянная вискозиметра, мм 2/с2 ; τ - время истечения, с 15ºC Вязкость топлив определяют при 20 0С, а моторных и трансмиссионных масел при 1000С. Чтобы обеспечить необходимую температуру при измерении вязкости различных жидкостей используют специальный прибор-термостат (рис.З). Стеклянную емкость заполняют маслом и опускают туда в строго вертикальном положении вискозиметр с испытуемой жидкостью, закрепленный на крышке прибора. Там же устанавливают термометр и мешалку. Масло в емкости подогревают до нужной температуры и производят измерение вязкости испытуемой жидкости с помощью вискозиметра. Опыт должен повторяться до пяти раз, после чего подсчитывают среднее арифметическое значение полученных результатов. Вязкость нефтепродуктов записывают в паспорт качества. Пример расчета. Постоянная вискозиметра равна 0,478 мм2/с. Отсчеты времени истечения испытуемого нефтепродукта при 400С,с: 218,0; 222,4; 222,6; 221,0. Среднее арифметическое отсчетов времени τ40=( 218,0+ 222,4+222,6+221,0) /4=221,5ºC с. Допустимое отклонение от среднего арифметического отсчетов времени равно (221,5ºC·ºC).0,5ºC)/100=1,1 c. Следовательно, отсчет времени 218,0 с нужно отбросить, как отклоняющийся более чем на 1,1 с (0,5ºC%) от среднего арифметического, а для расчета принять отсчеты 222,4; 222,6; 221,0 с, как отклоняющиеся от среднего арифметического не более чем на 1,1 с (0,5ºC%). Среднее арифметическое учитываемых отсчетов времени τ40=( 222,4+222,6+221,0) /3=222,0 с. Кинематическая вязкость испытуемого нефтепродукта ν40= C· τ40 =0,478·ºC).222,0 =106,1 мм2/с. 16 ♦ Контрольное задание. Определите кинематическую вязкость при стандартной температуре 20оС. Заполните отчёт п.2.1. Время истечения τ ,с (с точность до десятой доли секунды) Номер опыта: 1 2 3 4 5ºC Вариант №1 234,5ºC 234,8 234,6 235ºC,0 233,9 Вариант №2 297,0 298,1 297,3 297,1 297,6 ♦ Контрольные вопросы для тестирования (Заполните отчёт п.2.2). 1. вязкость - это: а) показатель загущенности вещества; б) сопротивление, которое оказывают частицы жидкости собственному перемещению под действием внешней силы; в) показатель текучести жидкости при снижении температуры. 2. Единицей динамической вязкости служит: а) 1 Па·ºC).с б) кг/м з в) м2/c З. Кинематическую вязкость измеряют прибором: а) ареометром б) нефтеденсиметром в) вискозиметром 4. Вязкость всех нефтепродуктов измеряют при а) 20ОС б) 100ОС в) разных, установленных стандартом, температурах. 17 5. Значение кинематической вязкости определяют: а) временем истечения жидкости через капилляр б) по формуле ν= C· р, где р – плотность в) ν= C· τ . §4. Дизельные топлива. Дизельные топлива - это жидкие нефтяные топлива для дизельных двигателей. Они отличаются по составу углеводородов от бензинов и внешне не похожи на бензин - более тяжелые, темные (желтоватые) и маслянистые на ощупь. Дизельный двигатель работает без системы зажигания. На такте сжатия в надпоршневом пространстве сжимается воздух (степень сжатия в 2 раза и более превышает бензиновые двигатели). Давление и температура сжатого воздуха очень высоки. В горячий воздух впрыскивается жидкое дизельное топливо. Впрыск осуществляется форсункой, имеющей очень узкие отверстия распылители. Топливо, попадающее в горячий сжатый воздух, начинает окисляться (происходит беспламенное горение), а затем самовоспламеняется. Это очень удобно, так как не требуется система зажигания. Для обеспечения своевременного и полного сгорания дизельное топливо должно иметь хорошую испаряемость, не застывать при низких температурах, обладать необходимой воспламеняемостью, не вызывать повышенного нагарообразования и закоксовывания форсунок, иметь минимальную коррозионную активность. Рис. 4.1. Развернутая индикаторная диаграмма дизеля 18 Цетановое число - важнейший показатель дизельного топлава, влияющий на ресурс и мощность дизеля. Топливо, впрыскиваемое форсункой, воспламеняется, конечно, не мгновенно, а только через некоторый промежуток времени, который называется периодом задержки воспламенения (рис.4.1). Чем меньше этот промежуток времени, тем меньший объем топлива успевает попасть в цилиндр с момента начала работы форсунки. Когда топливо загорается в небольшом количестве, давление горящих паров нарастает плавно. Затем впрыск топлива продолжается, и давление также растет, набирая оптимальное значение для такта рабочего хода. В этом случае двигатель работает мягко, без стука и перегрева, мощность двигателя обеспечивается большая, а расход топлива в пределах норм. Если же дизельное топливо плохо самовоспламеняется, то есть период задержки самовоспламенения больше, чем нужен, то за этот увеличенный период времени форсунка успевает подать довольно много топлива. Поэтому, когда этот большой объем топлива весь воспламеняется, то сразу подскакивает давление газов; все топливо быстро прогорает, а на рабочий ход остается мало энергии. В этом случае двигатель работает жестко, со стуком и перегревом, а мощность его падает. Чтобы дизельный двигатель не терял мощности, не стучал и не перегревался, следует использовать дизельное топливо с цетановым числом не менее 40 единиц. Цетановое число определяют при испытаниях дизельного топлива (рис. 4.2) методом сравнения его горения с эталоном, в качестве которого используют смесь двух веществ - цетана, имеющего очень малый период задержки самовоспламенения (самовоспламеняемость принята за 100%) и α-метилнафталина (самовоспламеняемость - 0 %). Используя разные по составу смеси, можно подобрать полный аналог дизельному топливу (испытания проводят на специальной установке - одноцилиндровом четырехтактном дизеле с переменной степенью сжатия). Цетановое число дизельного топлива численно принимают равным процентному содержанию 19 цетана в эталонной смеси с α-метилнафталином, которая по самовоспламеняемости равнозначна испытуемому дизельному топливу. Рис. 4.2. Установка для измерения цетанового числа Оптимальным цетановым числом дизельных топлив является значение 40-5ºC0. В Российской Федерации большинство дизельных топлив выпускается с цетановым числом 45ºC. Применение топлив с цетановым числом ниже 40 приводит к жесткой работе двигателя, а топлива с цетановым числом больше 5ºC0 к увеличению удельного расхода топлива. Цетановое число записывают в паспорт дизтоплива. ♦ Контрольные вопросы для тестирования (Заполните отчёт п.2.3). 1. Период задержки воспламенения - это: а)время от начала впрыска до начала самовоспламенения топлива; б) время от начала впрыска до ВМТ; в) угол поворота коленчатого вала от начала до конца впрыска топлива. 20 2. Жесткая работа дизеля сопровождается: а) потерей мощности и перегревом двигателя; б) наибольшей мощностью двигателя; в) взрывным горением топлива и разрушением двигателя. З. Цетановое число - это: а) показатель чистоты дизельного топлива; б) показатель содержания цетана в дизельном топливе; в) численное значение содержания цетана в эталонном топливе, эквивалентном по самовоспламеняемости дизтопливу. 4. Оптимальное цетановое число должно быть: а) не выше 45ºC; б) от 40 до 45ºC; в) более 5ºC0; 5. Испытания дизтоплива на воспламеняемость проводят на специальной установке - дизеле: а) с переменной степенью сжатия; б) при максимальной степени сжатия; в) при минимальной степени сжатия. §4. Автомобильные масла и пластичные смазки. Поверхности практически всех деталей не могут быть абсолютно гладкими. При соприкосновении их друг с другом имеющиеся на поверхностях микровыступы начинают истираться, ломаться, разрушаться. Возникают большие силы трения, происходит интенсивный нагрев и износ деталей. Значительно уменьшить проявление трения и износа в парах трения способны смазочные материалы. Они обеспечивают создание достаточно прочной пленки на поверхности, во много раз снижая как силы трения, так и износ детали. Кроме того, они еще и охлаждают смазываемые ими поверхности. Смазочные материалы бывают жидкими - их называют маслами, и пластичными - их называют пластичными смазками. 21 Масла для автомобилей выпускают разными по своим свойствам; одни из них - моторные - предназначены для смазывания двигателей; другие - трансмиссионные - для смазывания агрегатов трансмиссии. Пластичные смазки применяют в небольших, чаще всего закрытых, узлах трения (например, в подшипниках качения). Моторное масло выполняет очень важные функции - снижает трение деталей и предотвращает их быстрый износ; выносит из зон трения частицы износа; очищает поверхности горячих деталей от лаковых пленок; отводит тепло, уплотняет зазоры между деталями; защищает двигатель от коррозии. Условия работы масел в двигателе довольно тяжелые из-за высоких температур, постоянного соприкосновения с продуктами сгорания, загрязнения частицами нагара и износа. Все это приводит к так называемому ”старению” масла, которое теряет свои первоначальные свойства и его дальнейшая работа может вызвать разрушения в двигателе. Так как двигатели автомобилей имеют различные конструкции (бензиновые, дизельные, газовые) и соответственно разные мощностные показатели, то и масла для них изготавливают разные по своим свойствам (например, более стойки к высоким температурам масла используют для мощных дизелей). Таким образом, свойства масел - это продуманный и тщательно подобранный набор показателей, обеспечивающих нормальную работу двигателей. Основные требования к моторным маслам: - оптимальные вязкостно-температурные свойства; - хорошие моющие свойства; - противоизносные свойства. . Оценка моющих свойств моторных масел производится по стандартному методу. Сущность метода заключается в проверке эффективности работы масла на специальной установке, имитирующей работу двигателя (рис. 4.1). Установка состоит из блока цилиндра с поршневой группой и коленчатым валом. Привод коленчатого вала осуществляется электродвигателем. Испытуемое масло заливают в картер, и запускают двигатель на 2 часа. В процессе испытаний поддерживают температуру головки цилиндра +300 0 С, масла в картере +125ºC 0 С. 22 Рис. 4.1.Схема установки ПЗВ для определения моющих свойсв масел После испытаний двигатель разбирают и по интенсивности лакообразования на стенках поршня судят о моющих свойствах масла (рис. 4.2). Рис. 4.2.Внешний вид поршней после испытаний и их оценка в баллах Совершенно чистый поршень без лаковых отложений оценивается в ноль баллов. Совершенно черный, сплошь покрытый нагаром - шесть баллов. Современные масла должны иметь значения моющих свойств от 0 до 1,0 баллов. 23 Снижение износа трущихся поверхностей - одно из основных назначений как моторных, так и трансмиссионных масел. Чтобы оценить, насколько смазочный материал снижает трение в подшипниках и парах трения, масла подвергают специальным испытаниям на машинах трения. Одним из наиболее распространенных методов испытаний смазывающих свойств по Российским стандартам являются испытания на четырехшариковой машине трения (рис. 4.3). В емкость основания машины наливают испытуемое масло. В него помещают зажатые обоймой и касающиеся дна три одиЕРКОВЫХ стальных шарика. К этим шарикам подводится сверху четвертый шарик, закрепленный в шпинделе. Шпиндель приводится в движение (n=1400 1/мин), а сила давления верхнего шарика увеличивается грузиками. Испытания ведутся с увеличением нагрузки. При испытаниях можно определить износ шариков, нагрузку сваривания, силу трения, индекс задира и др. Износ шариков оценивают по диаметру пятна контакта, или площади пятна. Чем больше ”истертость” шариков, тем больше величина износа. з Рис.4.3.Четырёхшариковая машина трения 1- неподвижные шарики; 2- вращающийся шпиндель с шариком; З - испытуемое масло; 4 – груз; 24 Показатели, полученные в результате испытаний, для моторных масел являются критериями определения группы качества; а для трансмиссионных - в обобщенном виде записываются в паспорт качества. ♦ Контрольные вопросы для тестирования (Заполните отчёт п.3.). 1. Моющие свойства моторных масел проверяют: а) по чистоте цилиндра; б) по чистоте поршня; в) по загрязненности фильтра. 2. Смазывающие свойства масел обеспечивают: а) снижение трения и износа деталей; б) чистоту поверхности деталей; в) предохранение деталей от коррозии. 3. Показатели смазочных свойств записывают в паспорт: а) моторных масел; б) всех масел; в) трансмиссионных масел. ♦ Контрольное задание. Расшифруйте всю буквенно цифровую маркировку представленных марок (смотрите раздел смазочные материалы в методических указаних). Заполните отчёт п.3.2. № Вариант №1 Вариант №2 1 М6з/14Г М12Г1 2 SAE 140 SAE 10W30 3 API SG API GL-5ºC Пластичные смазки. Пластичные смазки являются специфическими смазочными материалами, предназначенными для использования в небольших по объему узлах трения, как герметизированных, так и открытых. Они не должны вытекать из сопряжений при нагреве, сбрасываться под действием инерционных сил, обеспечивая хороший режим смазывания, должны обладать водостойкостью и защищать детали от коррозии. По этим причинам пластичные смазки изготавливаются не жидкими и не твердыми, а занимают как бы промежуточное положение между теми и другими. Их изготавливают из смазочного материала - жидкой основы (около 70-90 %) варкой с загустителем (соли высокомолекулярных жирных кислот или твердые углеводороды - около 10-15ºC%) с добавкой присадок и наполнителей. У пластичных смазок особые свойства, причем основными являются прочностные, вязкостно-температурные, показатели стабильности и водостойкости. Вязкостно-температурные свойства смазок характеризуют поведение их при изменении температур. Одним из показателей этих свойств является эффективная вязкость. Ее проверка проводится на специальном приборе - автоматическом капиллярном вискозиметре (рис. 13). Смазкой заполняют гильзу прибора, соединенную с капилляром 4; затем штоком 2 выдавливают смазку до появления из капилляра. Усилие, необходимое для сдвига смазки регистрирует самопишущий прибор. Чем выше эффективная вязкость, тем тяжелее пуск и начало движения подшипников, тем больше потери на трение. Эффективная вязкость определяется в интервале температур от -70 до +100 0С. Чаще всего в паспорте смазки указывается значение эффективной вязкости при 00С. Так, для солидола, имеющего среднее значение этой величины, вязкость при 00С составляет 25ºC0 Па·ºC).с. При нагреве пластичной смазки может происходить ее разжижение, т.е. переход в жидкое состояние. Для подшипников недопустимо, чтобы смазка вытекала, это приводит к интенсивному износу, задирам, заклиниванию. Поэтому важнейший показатель смазок - температура каплепадения, она зависит от вида загустителя и для различных смазок имеет значения от 60 0 С до 140 0 С. 26 Проверяют температуру каплепадения на специальном приборе (рис.14). Смазка закладывается в капсюль, внутри которого устанавливается термометр, поддерживаемый гильзой. В нижней части капсюля имеется отверстие, через которое смазка может вытекать при разжижении. Термометр с гильзой устанавливают в пробирку, которую закрепляют на штативе и помещают в стакан с глицерином. Нагревают глицерин и следят за появлением капли смазки из капсюля. Температура каплепадения записывается в паспорт. Изготавливают низкоплавкие (температура каплепадения около +65ºC0С), среднеплавкие (+65ºC...+100 0С) и тугоплавкие (более +1000С) смазки. 27 Для нагруженных подшипников и узлов трения применяют среднеи тугоплавкие смазки. Число пенетрации характеризует ”мягкость” смазки, т.е легкость выдавливания смазки из зоны трения. Пластичные смазки разделяются по консистентности (”мягкости") на классы от 000 до 6, причем каждому классу соответствует определенное число пенетрации. Этот показатель проверяют на приборе пенетрометре (рис. 15ºC). Смазку закладывают в стакан 6, нагревают до t = 25ºC0С и устанавливают конус 1 в положении касания смазки. Затем дают конусу свободно погружаться в смазку в течение 5ºC секунд и отмечают глубину его погружения. Чем глубже погружается конус, тем ”мягче” смазка. Конус используют стандартный, имеющий одинаковый вес (1,5ºC н). Почти все автомобильные смазки относятся к мягким или вазелинообразным смазкам. Класс их по консистенции - 1 ...2-й, а число пенетрации составляет 265ºC-340. 28 ♦ Контрольные вопросы для тестирования (Заполните отчёт п.4.1). 1. Пластичные смазки обладают свойствами: а) жидких веществ; б) твердых веществ; в) и жидких, и твердых веществ. 2. Пластичная смазка в процессе работы должна быть: а) жидкой, чтобы хорошо смазывать поверхности деталей; б) твердой, чтобы не выдавливаться из полости подшипника; в) вязко-текучей, но не жидкой, т.е консистентной. З. Увеличение эффективной вязкости вызывает: а) более тяжелый пуск узлов; б) лучшие режимы смазки деталей; в) хорошую защиту от коррозии поверхностей трения. 4. Температура каплепадения тугоплавкой смазки должна быть: а) более 100 0С; 6) не ниже 35ºC0 0С; в) от 140...160 0С. 5ºC. Основные компоненты пластичных смазок: а) смазочный материал и наполнитель; б) загуститель с присадками; в) смазочный материал, загуститель и наполнитель. §5. Охлаждающие жидкости Охлаждающие жидкости предназначены для использования в жидкостных системах охлаждения двигателей автомобилей, причем эффективность работы системы охлаждения и ее надежность во многом зависит от качества применяемой жидкости. 29 Все охлаждающие жидкости должны: -эффективно отводить тепло; -иметь оптималь уровень температур кипений (около 100 0С); -не замерзать при низких температурах; -не образовывать накипи и отложений в системе охлаждения; -не вызывать коррозии металлических деталей и не разрушать резиновые детали; -не вспениваться; -быть пожаробезопасными и не обладать токсичностью. Для использования в системах охлаждения автомобилей в настоящее время выпускаются так называемые низкозамерзающие охлаждающие жидкости. Их изготавливают на основе этиленгликолей или пропиленгликолей, смешиваемых с дистиллированной водой. Этиленгликоль - это маслянистая тяжелая жидкость (двухатомный спирт). Его температура кипения 197оС, а застывания - минус 11,5ºC0С. Однако в растворе с водой этиленгликоль ведет себя при охлаждении совершенно иначе, чем сам по себе. Молекулы воды и этиленгликоля ”мешают” друг другу образовывать свою кристаллическую структуру, то есть застывать; таким образом, смешивая воду и этиленгликоль в различных концентрациях, можно изготовить раствор, температура застывания которого будет ниже, чем у основных компонентов. Так при концентрации этиленгликоля около 40 %, а воды - 60 % температура застывания достигает минус 25ºC0С; а самая низкая температура застывания около минус 74 0С достигается при концентрации этиленгликоля 66,7%. Имея в наличии концентрат тосола и дистиллированную воду, можно приготовить раствор с любой температурой застывания от 00С до -740С. для этого следует воспользоваться кривой кристаллизации водоэтиленгликолевых жидкостей (рис.5ºC.1). На кривой кристаллизации видно, что в верхней части (выше жирной линии) водоэтиленгликолевая смесь находится в жидком состоянии. Нижняя линия, параллельная оси абсцисс,(ниже -74 0С), показывает полностью застывшие составы. 30 Рис. 5ºC.1. Кривая кристализации водноэтиленгликолевых жидкостей При необходимости получить раствор с температурой застывания, например, -35ºC 0 С; отметим эту точку на вертикальной оси, а затем проведем прямую до пересечения с кривой. На графике имеются две ветви кривой - правая (меньше этиленгликоля) и левая (больше этиленгликоля). Для приготовления охлаждающей жидкости пользуются левой ветвью кривой, так как большие концентрации этиленгликолей вызывают повышенную коррозию деталей и кроме того, значительно дороже. Двигаясь по стрелке и найдя пересечение с кривой, опускаем перпендикуляр вниз, где определяем концентрацию компонентов. Для приведенного примера раствор с t3 = -35ºC 0 С должен быть составлен из 48% концентрата тосола и 5ºC2% дистиллированной воды. Рис. 5ºC.2. Гидрометр и его шкала 31 Часто на практике возникает обратная задача: определить, какова температура замерзания залитого в двигатель тосола. Особенно это касается подержанных машин, когда не известно, годен тосол к употреблению или нет. Для этих случаев используют специальный прибор - гидрометр (рис. 5ºC.2), имеющий совмещенную шкалу (слева - температура застывания, справа - концентрация этиленгликоля). В пробирку наливают образец тосола и опускают туда гидрометр. Уровень его погружения в жидкость и даст искомую информацию. Проверять качество тосола гидрометром надо при 20 0С, в иных случаях к показаниям прибора вводятся поправки. Расчет необходимого количества компонентов ведут по формулам: При добавлении этиленглтколя: а– b Х= ------------ · V b–c где а – процент воды в исходном образце; b - процент воды в исправляемом образце; с - процент воды в добавляемом этиленгликоле (если добавляют концентрат, то с = 0); V- объем исходного (исправляемого) образца. При добавлении воды: d– k U= ------------ · V k где d - содержание этиленгликоля в % в исходном образце; k - содержание этиленгликоля в % в исправленном образце; V- объем исходного (исправляемого) образца. 32 ♦ Контрольные вопросы для тестирования (Заполните отчёт п.5ºC.1). 1 . Для составления этиленгликолевых растворов используют: а) обе ветви кривой кристаллизации; б) левую ветвь кривой кристаллизации; в) правую ветвь кривой кристаллизации. 2. Какой состав (в % этиленгликоля и дистиллированной воды) будет соответствовать t3 = -45ºC 0 С: а) 5ºC5ºC % этиленгликоля и 45ºC % воды; б) 90 % этиленгликоля и 10 % воды; в) 48 % этиленгликоля и 5ºC2 % воды. З. На гидрометре нанесены две шкалы: а) плотности и вязкости; б) температуры замерзания и плотности; в) концентрации этиленгликоля и температуры замерзания. ♦ Контрольное задание. а) Зная плотность охлаждающей жидкости, с помощью рис. ЛР5ºC.2 определите температуру замерзания и состав этой охлаждающей жидкости. б) Зная температуру замерзания, укажите какие составы охлаждающих жидкостей можно приготовить. Заполните отчёт п.5ºC.2. № Вариант №1 Вариант №2 Плотность, кг/м3 1110 1060 tз , 0С -30 -5ºC0 33 34
