Основные свойства эксплуатационных материалов для транспортных и тра

Министерство 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)

2

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