Основные свойства эксплуатационных материалов для транспортных и тра
..pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
И.М. Громов, Д.Л. Борисов
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ И ТРАНСПОРТНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебно-методического пособия
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2013
1
УДК 625.7/.8.08:665.75/.76 (072.8) Г86
Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент В.П. Шардин (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);
заместитель генерального директора Д.С. Беляев (ООО «Сатурн-Р», г. Пермь)
Громов, И.М.
Г86 Основные свойства эксплуатационных материалов для транспортных и транспортно-технологических машин: учеб.-метод. пособие / И.М. Громов, Д.Л. Борисов. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. – 138 с.
ISBN 978-5-398-01155-5
Даны общие сведения об основных свойствах эксплуатационных материалов и их влиянии на безотказную, долговременную, безаварийную работу транспортных, транспортно-технологических, строительных, дорожных, коммунальныхмашин.
Рассматриваются основные свойства бензинов и дизельных топлив, эксплуатационные характеристики моторных, трансмиссионных масел и пластичных смазок, алгоритм выбора эксплуатационных материалов.
Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по направлению подготовки 190600.62 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Может быть полезно студентам, обучающимся по специальности 190205.65 «Строительные и дорожные машины» в рамках дисциплины «Эксплуатация СДМ».
УДК 625.7/.8.08:665.75/.76 (072.8)
ISBN 978-5-398-01155-5 |
© ПНИПУ, 2013 |
2
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
1. Свойства эксплуатационных материалов |
|
и требования к ним....................................................................... |
5 |
2. Автомобильные бензины и дизельные топлива........................ |
8 |
2.1. Основные свойства бензинов и дизельных топлив.......... |
8 |
2.2. Бензины и их влияние на работу двигателей ................. |
10 |
2.3. Условия сгорания бензина в двигателе. |
|
Этилированные бензины................................................... |
14 |
2.4. Основные показатели и характеристика |
|
автомобильных бензинов.................................................. |
19 |
2.5. Дизельные топлива и их влияние |
|
на работоспособность двигателей.................................... |
28 |
2.6. Основные показатели и характеристика |
|
применяемых дизельных топлив ..................................... |
35 |
2.7. Ассортимент, качество и состав дизельных топлив...... |
36 |
3. Синтетические масла ................................................................ |
44 |
3.1. Условия работы моторных и трансмиссионных масел |
|
и требования к ним ........................................................... |
47 |
3.2. Эксплуатационные свойства моторных масел .............. |
51 |
3.3. Классификации и системы обозначений |
|
моторных масел ............................................................... |
60 |
3.3.1. Классификация моторных масел по вязкости....... |
62 |
3.3.2. Классификация моторных масел |
|
по эксплуатационным характеристикам................ |
66 |
3.3.3. Примеры маркировки моторных масел ................ |
67 |
3.3.4. Некоторые советы по подбору |
|
моторного масла ..................................................... |
73 |
3.4. Трансмиссионные масла .................................................. |
76 |
3.5. Энергосберегающие масла .............................................. |
80 |
4. Пластичные смазки и специальные жидкости ........................ |
87 |
4.1. Основные свойства пластичных смазок |
|
и требования к ним ........................................................... |
87 |
|
3 |
4.2. Классификация и индексация пластичных смазок |
|
и область их применения ................................................. |
89 |
4.2.1. Антифрикционные смазки...................................... |
91 |
4.2.2. Консервационные (защитные) смазки................. |
106 |
4.2.3. Канатные смазки и пропиточные составы.......... |
107 |
4.3. Рабочие жидкости для машин |
|
с гидравлическим приводом........................................... |
109 |
4.4. Тормозные жидкости, жидкости |
|
для амортизаторов, гидроусилителей и другие............ |
113 |
4.5. Охлаждающие жидкости................................................ |
116 |
4.5.1. Типы охлаждающих жидкостей........................... |
116 |
4.5.2. Эксплуатационные свойства антифриза.............. |
120 |
4.5.3. Измерение температуры замерзания антифриза |
|
в лабораторных и «полевых» условиях............... |
124 |
5. Экологические свойства топлив |
|
и смазочных материалов........................................................... |
131 |
5.1. Токсичность топлив и смазочных материалов............. |
131 |
5.2. Пожароопасность топлив и масел. |
|
Электризация топлив ...................................................... |
134 |
Список литературы....................................................................... |
137 |
4
1.СВОЙСТВА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
ИТРЕБОВАНИЯ К НИМ
Транспортные и транспортно-технологические машины и их агрегаты в процессе эксплуатации и хранения постоянно взаимодействуют с различными материалами: топливом, смазочными маслами, гидравлической и охлаждаемой жидкостью и др. В зависимости от свойств этих материалов и условий их применения характер этого взаимодействия изменяется в широких пределах. При этом ускоряются или замедляются изнашивание и эрозия деталей, изменяются расход эксплуатационных материалов и производительность машины.
Применяемые материалы должны соответствовать конструктивным и технологическим особенностям машины, ее техническому состоянию, сезонности и условиям эксплуатации.
Двигатель внутреннего сгорания появился лишь тогда, когда удалось объединить в единую систему металлическую конструкцию и две жидкости – топливо и смазку. Создание поршневого двигателя, в свою очередь, обозначиломножество задач и проблем, связанных сприменениемтоплив исмазочных масел.
По назначению топлива, применяемые для различных типов двигателей внутреннего сгорания, делятся на авиационные и автомобильные бензины, дизельные и реактивные топлива.
Классификация свойств топлива представлена на рис. 1.1. К качеству каждого сорта топлива предъявляются свои специфические требования. В общем виде требования, предъявляемые к качеству всех сортов топлива, можно сформулировать
следующим образом:
–топлива должны обладать высокими эксплуатационными свойствами, обеспечивающими надежную и экономичную работу двигателя;
–топливо не должно вызывать особых затруднений при хранении, транспортировании, перекачкеи заправкевбаки машин;
–топливо не должно быть токсичным и загрязнять окру-
жающую среду.
5
Рис. 1.1. Классификация свойств топлив
Среди многочисленных свойств, на которых базируется оценка качества, важнейшими являются свойства, проявляющиеся при эксплуатации техники, то есть в условиях сложного взаимодействия физико-химических процессов и явлений. В связи с этим все свойства топливно-смазочных материалов (ТСМ) принято условно делить на физико-химические, эксплуатационные и экологические.
Физико-химические свойства ТСМ определяются различными методами в лабораторных условиях.
Эксплуатационные свойства ТСМ проявляются при их использовании непосредственно в двигателях внутреннего сгорания, механизмах и их системах (топливной, масляной и гидравлической).
Экологические свойства ТСМ проявляются при взаимодействии продуктов с окружающей средой в широком смысле этого слова, а именно при контакте со средствами механизации в условиях хранения, транспортирования, перекачки и фильтрования; при контакте с атмосферой, водой, человеком, животным и растительным миром.
От качества ТСМ зависит надежность двигателя и машины в целом и, следовательно, расходы на их обслуживание и ремонт. Таким образом, знание свойств ТСМ и умение правильно
6
применять их определяют эффективность использования ТиТТМ и рентабельность управлений механизации.
Общим тестированным свойством ТСМ является вязкость. Вязкостью называется свойство жидкости или газа сопротивляться внешней воздействующей силе, которая перемещает слои жидкости друг относительно друга. Вязкость определяется вискозиметром и выражается в единицах динамической и кине-
матической вязкости.
Динамическая вязкость – физическая величина, характеризующая сопротивление материальной среды смещению ее слоев. За единицу динамической вязкости принят паскальсекунда – вязкость такой жидкости, в объеме которой две параллельные площадки размером по 1 м2, отстоящие друг от друга на 1 м по нормали, будут двигаться с относительной скоростью 1 м/с под действием силы в 1 Н при ламинарном течении.
Кинематическая вязкость численно равна отношению динамической вязкости к плотности вещества. Под плотностью, как известно из курса физики, понимается отношение массы вещества к занимаемому им объему. Единицей кинематической вязкости является квадратный метр на секунду (м2/с). На практике пользуются единицей сантистокс: 1 сСт=10-6 м2/с= 1 мм2/с.
Остальные требования к ТСМ также тестированы и выражаются одним или несколькими показателями, которые будут рассмотрены при описании свойств бензинов, дизельных топлив и масел.
7
2. АВТОМОБИЛЬНЫЕ БЕНЗИНЫ И ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА
2.1.Основные свойства бензинов
идизельных топлив
Автомобильный бензин – это смесь углеводородов, имеющих, как правило, температуру кипения от 40 до 200 °С.
Автомобильные бензины должны иметь определенную испаряемость, детонационную стойкость, быть в необходимой степени физически и химически стабильными, обладать минимальным коррозийным воздействием на металлы и не содержать механических примесей и воды. Кроме того, необходимо учитывать их стоимость, пожароопасность, а также возможность вредного воздействия наздоровье людей.
Испаряемость – одно из важнейших свойств бензина, характеризующее способность его переходить из жидкого состояния в газообразное.
Фракционный состав (содержание тех или иных фракций) бензина принято оценивать температурой начала перегонки (кипения), температурой выкипания 10, 50, 90 % объема и температурой конца перегонки, а также остатком в колбе после испарения жидких фракций.
В бензине могут образовываться клейкие, каучукоподобные вещества, называемые смолами. Наличие фактических смол определяют в лаборатории выпариванием 25 мл бензина под струей воздуха.
Индукционный период – это время в минутах, которое характеризует начало окисления бензина под действием кислорода в специальной колбе под давлением 0,7 МПа и температуре 100 °С. Чем больше индукционный период, тем бензин более стоек к смолообразованию, тем дольше можно хранить такой бензин, не опасаясь образования смол
Показатель, характеризующий количество органических кислот и кислых веществ в бензине, называется кислотностью. Она выражается в мг едкого калия КОН на 100 мл бензина.
8
Нейтральность топлива к присутствию кислот оценивается водным раствором метилоранжа, а щелочей – спиртовым раствором фенолфталеина. Количество серы в топливе тестируется массовой долей серы в процентах.
Развитие дизельных двигателей показало, что для каждого типа дизеля требуется свое вполне определенное топливо. В настоящее время некоторые дизели работают на керосине, а некоторые даже на мазуте. Поэтому под общим названием «дизельное топливо» следуетпонимать керосин, соляровое масло и их смеси.
Дизельное топливо – это нефтяная фракция, основой которой являются углеводороды с температурами кипения 200– 350 °С. Марки дизельных топлив по плотности мало отличаются друг от друга (колебания ее при 20 °С не выходят за пределы 820–860 кг/м3). Поверхностное натяжение при 20 °С укладывается в диапазон 25–30 Н/м. Но по вязкости и другим свойствам дизельные топлива могут иметь большие различия. Поэтому дизельные топлива должны удовлетворять ряду эксплуатационных требований, часть из которых полностью совпадает с требованиями к бензинам. Важнейшие из этих требований следующие: дизельные топлива должны сохранять хорошую прокачиваемость и самовоспламеняемость, быть в необходимой степени химически стабильными, обладать минимальным коррозийным воздействием на металлы и не содержать механических примесей и воды. Каждое из перечисленных требований, как и у бензинов, выражается одним или несколькими показателями, которые для разных марок дизельных топлив нормированы соответствующими ГОСТами.
Прокачиваемость дизельного топлива характеризует подвижность топлива (текучесть) и нормируется тремя тестированными показателями: вязкостью, температурами помутнения и застывания топлива.
Температурой помутнения топлива называют температуру, при которой топливо в результате образования кристаллов парафина и льда приобретает белый цвет.
Температура застывания дизельных топлив всегда на несколько градусов ниже температуры помутнения.
9
Свойства испаряемости и самовоспламенение характеризуются такими показателями, как цетановое число и фракционный состав топлива. Кроме того, к основным свойствам дизельного топлива относятся: химическая стабильность, температура вспышки, зольность и некоторые другие.
Химическая стабильность дизельного топлива нормируется наличием фактических смол и йодным числом.
Йодным числом называют количество йода в граммах, которое способно присоединиться к 100 см3 нефтепродуктов.
Температурой вспышки топлива называют температуру, до которой необходимо нагреть топливо, чтобы его пары образовывали с воздухом взрывчатую смесь, воспламеняющуюся при поднесении к ней огня. Температура вспышки определяет степень пожарной безопасности топлива.
Загрязненность дизельного топлива характеризуется зольностью. Ее определяют выпариванием 1 л топлива в колбе до получения 30–40 мл остатка, который затем прокаливают в тигле. Полученное количество золы выражают в процентах.
2.2. Бензины и их влияние на работу двигателей
Качество применяемого бензина, правильно выбранная для данного двигателя марка бензина, учет всех условий применения бензина напрямую влияет на надежность работы, экономичность и срок службы двигателя.
Испаряемость бензина влияет на пуск, приемистость, надежность работы двигателя в различных условиях, на расход и потери бензина при транспортировании, а также изнашивание трущихся деталей.
Об испаряемости бензина можно судить по двум тестированным показателям: фракционному составу и давлению насыщенных паров.
Температура начала перегонки и температура перегонки
10%-ного бензина характеризуют его пусковые свойства, склонность к образованию паровых пробок в системе питания двигателя и обледенению карбюратора.
10