Контрольні запитання

1. У чому полягає основна причина розробки альтернативних па­лив та які їх сировинні джерела?

2. Які основні експлуатаційнс-технічні властивості газових вуг­леводневих палив?

3. Які експлуатаційні властивості спиртів, ефірів та інших аль­тернативних палив?

5. Мастильні матеріали

5.1. Тертя і мащення

Кожен двигун, агрегат, машина не можуть працювати без мас­тильного матеріалу. Мастильні матеріали запобігають тертю, змен­шують зношування тертьових пар. В тертьових парах виникає сила, що перешкоджає їх відносному рухові. На її подолання витрачаєть­ся енергія, часто дуже значної кількості. Від правильного вибору мастильного матеріалу залежить витрата енергії на подолання тер­тя (витрата палива), зношування тертьових поверхонь.

Основне призначення мастильних матеріалів — зменшення зно­шування тертьових деталей, поверхонь (механічного, хімічного, елек­трохімічного, окислювального тощо) і зниження коефіцієнта тертя.

Мастильні матеріали поділяють на тверді, рідкі та газоподібні.

До твердих мастильних матеріалів відносяться м'які метали та їх оксиди, дисульфід та трисульфід молібдену, графіт, деякі поліме­ри та інші; до газоподібних - деякі хімічноактивні речовини, пари нафтопродуктів, наприклад, гасу. Найбільша група мастильних ма­теріалів - рідкі (оливи мінеральні та синтетичні). Тверді та газоподібні мастильні матеріали застосовуються порівняно недавно і тільки в тих випадках, коли немає можливості використовувати рідкі оливи (або мастила - напіврідкі мастильні матеріали).

Тертя може відбуватися у відсутності мастильного матеріалу, в присутності дуже тонкого шару або в об'ємі мастильного матеріалу. В залежності від виду тертя, якості мастильного матеріалу може відбуватися механічне зношування через механічну дію; абразивне - через ріжучу чи дряпаючу дію твердих тіл чи частинок; корозійно-механічне - через механічну дію, яка супроводжується хімічною чи електрохімічною взаємодією матеріалу і середовища; п'дроерозій-не (газоерозійне), яке виникає під дією потоку рідини (чи газу); коро­зійне - хімічне, газове, атмосферне тощо. Цей перелік не вичерпує всіх видів зношування.

Тертя у відсутності мастильного матеріалу (так зване сухе тер­тя) - найнебажаніше у техніці, бо при цьому відбувається найбіль­ше зношування тертьових деталей. Але зовсім "сухого" - ювенільного тертя не Існує в природі. Тертьові поверхні при сухому терті в повітряному середовищі завжди покриті плівками оксидів металів, молекулами парів і газів з атмосфери. Ці плівки є найпростішими мастильними речовинами. Абсолютно сухе тертя може бути здійсне­не у спеціальних умовах, наприклад, у вакуумі при ретельно підго­товлених тертьових поверхнях. На практиці тертя у відсутності ма­стильного матеріалу зустрічається при інших видах тертя на окре­мих ділянках або в точках зношування.

При наявності на тертьових поверхнях дуже тонкого шару мас­тильного матеріалу відбувається так зване граничне мащення. Якщо мастильний матеріал нанести на металеву поверхню, а потім про­терти її ганчіркою, на металі залишається дуже тонкий мастильний шар, невидимий неозброєним оком, який забезпечує граничне ма­щення. Цей вид мащення залежить від якості мастильного матеріа­лу, яку називають маслянистістю або змащувальною здатністю. Вважається, що граничне мащення забезпечується фізичною ад­сорбцією поверхнево-активних речовин (ПАР), які адсорбуються на металевій поверхні в певному порядку. Своєрідний "ворс", утворе­ний поверхнево-активними речовинами, сприймає на себе наван­таження, і ковзання поверхонь відбувається по шару адсорбованих молекул. Крім фізичних явищ, при граничному мащенні спостері­гається хемосорбція - утворення шару на поверхні металу за раху­нок взаємодії елементів деяких сполук мастильного матеріалу з поверхнею металу. При взаємодії цих елементів, що входять до скла­ду мастильного матеріалу у вигляді присадок, добавок тощо, утво­рюються "металоплакируючі" шари. Власне така структура шарів, утворених адсорбцією і хемосорбцією типу "сандвічу", зменшує зно­шування металів і часто - коефіцієнта тертя. Але при підвищенні температури і тиску до певного значення для кожного шару настає межа міцності і плівка руйнується.

Не завжди максимальне зменшення коефіцієнта тертя спричи­нює мінімальне зношування металів. Наприклад, багато поверхне­во-активних речовин, таких як органічні кислоти, ефіри, деякі інші, що містяться в мастильних матеріалах чи утворюються в них під час експлуатації в результаті окислення, поліпшують маслянистість, знижують коефіцієнт тертя, одночасно збільшуючи зношування ме­талів (корозійне чи інше).

Гідродинамічне мащення - так зване рідинне - характеризуєть­ся тим, що тертьові поверхні повністю розділені шаром оливи і на­вантаження несе оливний шар. Змащувальна дія цього шару по­вністю підпорядковується законам гідродинаміки. В цьому випадку тертя переходить у внутрішнє тертя мастильного матеріалу. Ме­ханізм рідинного (гідродинамічного) тертя характерний для підшип­ників двигуна - шатунних і корінних. У працюючому двигуні колінча­стий вал ного тертя не Існує в природі. Тертьові поверхні при сухому терті в повітряному середовищі завжди покриті плівками оксидів металів, молекулами парів і газів з атмосфери. Ці плівки є найпростішими мастильними речовинами. Абсолютно сухе тертя може бути здійсне­не у спеціальних умовах, наприклад, у вакуумі при ретельно підго­товлених тертьових поверхнях. На практиці тертя у відсутності ма­стильного матеріалу зустрічається при інших видах тертя на окре­мих ділянках або в точках зношування.

При наявності на тертьових поверхнях дуже тонкого шару мас­тильного матеріалу відбувається так зване граничне мащення. Якщо мастильний матеріал нанести на металеву поверхню, а потім про­терти її ганчіркою, на металі залишається дуже тонкий мастильний шар, невидимий неозброєним оком, який забезпечує граничне ма­щення. Цей вид мащення залежить від якості мастильного матеріа­лу, яку називають маслянистістю або змащувальною здатністю. Вважається, що граничне мащення забезпечується фізичною ад­сорбцією поверхнево-активних речовин (ПАР), які адсорбуються на металевій поверхні в певному порядку. Своєрідний "ворс", утворе­ний поверхнево-активними речовинами, сприймає на себе наван­таження, і ковзання поверхонь відбувається по шару адсорбованих молекул. Крім фізичних явищ, при граничному мащенні спостері­гається хемосорбція - утворення шару на поверхні металу за раху­нок взаємодії елементів деяких сполук мастильного матеріалу з поверхнею металу. При взаємодії цих елементів, що входять до скла­ду мастильного матеріалу у вигляді присадок, добавок тощо, утво­рюються "металоплакируючі" шари. Власне така структура шарів, утворених адсорбцією і хемосорбцією типу "сандвічу", зменшує зно­шування металів і часто - коефіцієнта тертя. Але при підвищенні температури і тиску до певного значення для кожного шару настає межа міцності і плівка руйнується.

Не завжди максимальне зменшення коефіцієнта тертя спричи­нює мінімальне зношування металів. Наприклад, багато поверхне­во-активних речовин, таких як органічні кислоти, ефіри, деякі інші, що містяться в мастильних матеріалах чи утворюються в них під час експлуатації в результаті окислення, поліпшують маслянистість, знижують коефіцієнт тертя, одночасно збільшуючи зношування ме­талів (корозійне чи інше).

Гідродинамічне мащення - так зване рідинне - характеризуєть­ся тим, що тертьові поверхні повністю розділені шаром оливи і на­вантаження несе оливний шар. Змащувальна дія цього шару по­вністю підпорядковується законам гідродинаміки. В цьому випадку тертя переходить у внутрішнє тертя мастильного матеріалу. Ме­ханізм рідинного (гідродинамічного) тертя характерний для підшип­ників двигуна - шатунних і корінних. У працюючому двигуні колінча­стий вал