Топливо и смазочные материалы. Методические указания к лабораторным занятиям для студентов по направлению подготовки 110800.62 Агроинженерия

Рис. 10 - Прибор для определения температуры застывания:

1,4- термометры; 2, 6 - пробирки; 3, 9 -пробки; 5 - мешалка; 7 - стакан;

8 - охлаждающая смесь

6.Начиная с +10°С, при понижении температуры на каждые 5°С пробирку быстро вынимают, вытирают и наблюдают, нет ли помутнения. При этом температура помутнения может быть определена с точности до 5°С.

7.После определения температуры помутнения определяют температуру застывания. При этом топливо не перемешивается. Помешивая охлаждающую смесь, следят за состоянием испытуемого топлива при понижении его температуры на каждые 5°С. Когда при наклоне пробирки под углом 45°С мениск в течение минуты не сместился

-это и принимается за температуру застывания.

4.11 Определение наличия водорастворимых кислот и щелочей

Определение водорастворимых кислот и щелочей в дизельном топливе проводится теми же методами, что и для бензина, описанными в работе №1.

41

5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ МОТОРНОГО МАСЛА

5.1 Цель работы

1. Закрепление знаний основных марок моторных масел и ГОСТа на них.

2. Приобретение навыков по расчёту вязкостных показателей масел с помощью номограмм, оценка качества масел и установление условий их применения в ДВС.

5.2 Содержание работы

1. Изучить приборы и методики определения вязкости масла, температуры вспышки, содержания воды и механических примесей;

2. Выполнить анализы по определению условной вязкости масла при 50°С, температуры вспышки и содержания в нем воды;

3.Перевести условную вязкость масла в кинематическую.

4.Сделать заключение о пригодности масла.

5.3 Последовательность выполнения работы

1. Оценить испытуемый образец масла по внешним признакам. (прозрачность, цвет, запах, наличие воды и видимых невооруженным глазом механических примесей);

2.Ознакомится с имеющейся в лаборатории коллекцией стандартных моторных масел и сравнить с ними испытуемый образец;

3.Определить условную вязкость образца при 50°С и перевести её в кинематическую.

4.По значениям кинематической вязкости при 50°С и 100°С (указанным преподавателем) по номограмме определить индекс вязкости

(ИВ).

5.Определить пригодность работающего масла методом масляного

пятна.

6.Определить содержание воды в масле.

7.Решить вопрос о применимости масла.

8.Оформить отчёт и представить его на подпись преподавателю.

42

5.4 Оценка эксплуатационных свойств смазочных масел

Моторные масла (ММ) в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) подвергаются действию высоких температур и давлений. Получить масла удовлетворительных эксплуатационных свойств только за счёт подбора сырья, технологий его переработки и очистки не удаётся, поэтому в них добавляют присадки. Присадки - это сложные химические соединения, которые вводятся в ММ для улучшения их качеств и придания новых эксплуатационных свойств. В ММ для современных ДВС добавляют присадки в количестве 7-25%. Основное назначение присадок - снизить износ, уменьшить количество нагароотложений и улучшить моющие свойства Вязкостные свойства (вязкостно-температурные и индекс вязкости) являются параметром ММ, по которому оно маркируется. От величины вязкости ММ при рабочих температурах в двигателе зависят качество смазывания и износ трущееся деталей ДВС. Вязкость ММ с повышением температуры понижается, и с понижением температуры - повышается. Интенсивность и изменение вязкости ММ при изменении температуры оценивается Индексом вязкости (ИВ). ИВ представляет собой относительную величину, которая показывает степень изменения вязкости ММ в зависимости от температуры по сравнению с эталонными маслами. Дня повышения ИВ в ММ добавляют вязкостные присадки. ММ, содержащие вязкостные присадки, называют загущенными. Загущенные масла обладают хорошими вязкостно-температурными свойствами, хорошей текучестью при низких температурах, обеспечивают быстрый и лёгкий пуск двигателя в холодное время года, образуют небольшое количество нагара и обеспечивают минимальные потери мощности на трение. По термоокислительной стабильности оценивают склонность ММ к лаконагарообразованию. Моющие свойства характеризуют способность ММ удерживать но взвешенном состоянии образующиеся продукты окисления. Коррозионный износ зависит от качества ММ и количества образующихся в масле в процессе эксплуатации механических примесей.

ММ делятся на летние, зимние и всесезонные по классам вязкости. Класс для летних и зимних масел обозначается кинематической вязкостью в сСт (мм2/с) при 100°С. Для всесезонных масел класс вязкости обозначается дробью. Классы указывают, что по кинематической вязкости при температуре - 18°С масло соответствует классу, указанному в числителе, а по вязкости при 100 С - в знаменателе. Например, класс вязкости 6з/14 обозначает что вязкость масла при -18°С равна 10400, а при 100°С находится в пределах 12,5 - 14,5 сСт (мм2/с). Буква "з"

43

показывает, что в масло введена вязкостная (загущающая) присадка. Масла, используемые в бензиновых двигателях, имеют индекс 1, а в дизелях - 2. Марка масла М-6з/12-Г. Г, - масло относится к труппе Г и предназначено для смазывания высокофорсированных бензиновых двигателей.

Для бензиновых двигателей выпускаются масла следующих марок:

М-6з/10- Г1; М-5з/10- Г1; М-8-В.

Для автотракторных дизелей применяются следующие масла: М-8-Г2;

М-10-Г2; М-8-Г2к; М-10-Г2к; М-8-Дм; М-10-Дм.

Импортные ММ соответствуют жёстким международным стандартам: классификации по вязкостно-температурным свойствам SAE (Общество автомобильных инженеров); классификации по эксплуатационным свойствам API (Американский нефтяной институт) и АСЕА (Ассоциация европейских производителей автомобилей). Импортные масла в основном загущенные и универсальные. Загущенные масла "W" предназначены для использования в зимний период. Для смазывания ДВС могут быть применены масла определённой группы, но предпочтение отдаётся универсальным маслам, имеющим улучшенные вязкостно-температурные свойства. Например, масло SAE 10W-30 обеспечивает работоспособность двигателя при температуре окружающей среды от -25°С до +30°С; SAЕ 5W-40 обеспечивает работоспособность ДВС при температуре от -30°С до +40°С.

Согласно классификации API масло делится на две категории: S - категория сервиса, предназначенная для двигателей легковых автомобилей, используемых в сфере обслуживания, т.е. преимущественно для бензиновых и газовых двигателей; С - коммерческая категория, предназначенная для дизелей, осуществляющих коммерческие перевозки. В зависимости от условий работы в каждой категории масло подразделяется на классы и обозначается двумя буквами, указывающими категорию и класс масла. Для бензиновых двигателей используют классы масел SF, SG, SH, SJ. Масло класса SF применяют в двигателях автомобилей выпуска до 1980 г. Оно содержит антиокислительные, моющие, противоизносные присадки, обладает высокой противоокислительной стабильностью. Масла класса SG используются для двигателей выпуска до 1988г. эти масла лучше защищают двигатель от отложений, изнашивания и коррозии, чем масла предыдущих классов. Масла класса SH применяют в двигателях выпуска до 1994 г. Масла содержат пакет эффективных присадок, их можно использовать и в ранее выпущенных легковых автомобилях, микроавтобусах и лёгких грузовиках. Масла класса SJ предназначены для двигателей автомобилей

44

выпуска до 2000 г. Масла класса SK используются в двигателях выпуска после 2000 г. Классы масел, для дизелей следующие: CD-II, CE, CF, CF-2, CF-4, CG-IV, СН. Цифры II или 2 означают, что масла предназначены для двухтактных дизелей, а IV или 4 - для четырёхтактных. Моторные масла: класса CD используются в дизелях выпуска до 1984 г.; класса СЕ -в дизелях с турбонаддувом выпуска до 1990 г.; класса CF - для высокофорсированных дизелей с турбонаддувом выпуска до 1994 г.; CG - для высокофорсированных дизелей с турбонаддувом выпуска до 2000 г.; СН - для высокофорсированных дизелей с высоким наддувом выпуска после 2000 г. Универсальные масла имеют маркировку двух классов, разных категорий. MM SF/CD предпочтительно для бензиновых двигателей. Универсальные MM CD/SF рекомендуется в первую очередь для дизелей. Буквы ЕС (сокращение слов Energy Conserving) означают, что в масло введена энергосберегающая присадка, уменьшающая расход топлива за счёт снижения трения в двигателе: ЕС-1 на 1,5%; ЕС-11 на

2,7%. Пример обозначения марки: Mobil SAE 5W-30; API SH/CF; EC-11.

Это моторное масло фирмы Мобил универсальное, всесезонное, энергосберегающее, работоспособно при температуре окружающего воздуха от -30оС и выше, используется как в бензиновых (преимущественно) двигателях, так и в дизелях, обеспечивает экономию топлива на 2,7%. Классификация ассоциации европейских изготовителей автомобилей АСЕА (Association des Constructеurs Furopccns de I′Automobile) предъявляет более жесткие требования к маслам, содержит 9 категорий и разделяет масла по трём назначениям: А -для бензиновых двигателей легковых автомобилей (А 1-%, А2-96, АЗ-96); В - для дизелей легковых автомобилей (В 1-96, В2-96, ВЗ-96); Е - для дизелей грузовых автомобилей (El-96, E2-96, ЕЗ-96, 1:4-%). Числа 1, 2, 3 обозначают качество эксплуатационных свойств масел (увеличение числа характеризует улучшение свойств), а 96 - год утверждения документации на класс масла. Дополнительно введены новые классы: A4-98; В4-98, Е598. В технической документации присутствует дополнительная спецификация BMW, VW, MB, Volvo и т.д., означающая, что масла получили одобрение на основании испытаний, проведенных фирмамиизготовителями автомобилей.

При эксплуатации автомобильных двигателей следует помнить, что нельзя смешивать минеральные и синтетические масла из-за несовместимости присадок.

При выборе моторного масла для конкретного типа двигателя необходимо руководствоваться рекомендациями инструкции завод изготовителя автомобиля.

45

5.5 Оценка смазочных масел по внешним признакам

Оценка по внешним признакам выполняется теми же методами, которые рассмотрены ранее применительно к бензинам и дизельным топливам (в описаниях работ № 1 и № 2 ).

Современные моторные масла содержат значительно больше смол, чем дизельные топлива, поэтому они имеют более интенсивную окраску, вплоть до того, что в слое толщиной 40...50 мм становятся непрозрачными. В связи с этим для жидких масел, кроме цвета в проходящем свете необходимо фиксировать цвет и оттенок в отражённом свете.

5.6 Определение вязкости

1. Общие положения Вязкость масла, также как и характер её изменения в зависимости от

температуры, играет большую роль при подборе и оценке его качества. Дело в том, что для создания условий жидкостного трения в узлах, имеющих очень большие динамические нагрузки, необходимо чтобы масло при рабочих температурах порядка 100...150°С имело достаточную вязкость, обеспечивающую надежность масляного слоя, а при пониженных температурах имело бы хорошую подвижность и возможно меньшую вязкость. Однако при выполнении этого условия вязкость масла при низких температурах (в период пуска) оказывается чрезмерно высокой.

Так например масло М-10-Б при рабочей температуре имеет вязкость 10 мм /с, что вполне достаточно для нормальной работы коренных и шатунных подшипников, но на пусковых режимах, даже при 0°С, вязкость его возрастает до 2000 мм2/с, т.е. в 200 раз, а при -5°С увеличивается до 9000 мм/с и достигает предельной вязкости, когда двигатель может быть пущен без предварительного подогрева, но в этом случае прокачиваемость холодного масла и его подача к узлам трения получается явно недостаточной, что приводит к интенсивному износу двигателя. Изменение вязкости масла в зависимости, от температуры характеризуется вязкостно-температурными кривыми (ВТК).

Лучшими вязкостно-температурными свойствами обладает масло, у которого вязкость при колебании температуры изменяется меньше. Подобрать масло нужной вязкости при работе двигателя в условиях низких температур трудно. С одной стороны, желательно использовать масло большей вязкости для создания надежного масляного клина, с

46

другой, чем ниже вязкость, тем быстрее можно запустить двигатель, но такое масло не обеспечивает надежного масляного клина при установившейся работе двигателя.

Чтобы обеспечить в данных условиях надёжную работу двигателя, применяют загущённые масла. Они сохраняют достаточную вязкость при рабочих температурах и имеют пологую ВТК.

Для оценки вязкостно-температурных свойств масел в ГОСТе (или ТУ) приводится индекс вязкости (ИВ). ИВ - это относительная величина, которая показывает степень изменения вязкости в зависимости от температуры по сравнению с эталонными маслами. Масла с большим ИВ имеют лучшие вязкостно-температурные свойства, более пологую ВТК.

2. Определение условной вязкости Кинематическая вязкость масла определяется с использованием

капиллярных вискозиметров по методике, описанной в работе № 2 для дизельного топлива (вискозиметры применяются с диаметром капилляра 0,99 и 1,7 мм). В качестве термостатирующей жидкости для определения вязкости масла при 100°С используется глицерин. Вискозиметры выдерживаются при данной температуре не менее 15 минут.

Вискозиметр выбирают с таким диаметром капилляра, чтобы время истечения жидкости было не менее 200 и не более 600 секунд. В том случае если нет приборов для определения кинематической вязкости, можно определить условную вязкость (ВУ).

Условной или относительной вязкостью называется отношение времени истечения (из стандартного вискозиметра) 200 мл испытуемой жидкости при температуре +20°С. Условная вязкость является безразмерной величиной. В России условную вязкость определяют вискозиметром типа Энглера и выражают в градусах.

Время истечения 200 мл дистиллированной воды при 20°С (водное число вискозиметра) через калиброванное отверстие трубки, диаметр которой равен 2,8 мм, устанавливается заранее и должно быть в пределах от 50 до 52 с. Общий вид прибора показан на рисунке 11.

47

Рис. 11 - Прибор для определения условной вязкости:

1 - электронагреватель; 2 - внешний сосуд; 3 - внутренний сосуд; 4, 6 - термометры; 5 - крышка; 7 - штифт запорный; 8 - мешалка; 9 - калиброванная трубка; 10 – винт установочный; 11 – колба

Вискозиметр состоит из двух сосудов: внешнего 2 и внутреннего 3, вставленных один в другой и соединенных в нижней части калиброванной трубкой 9. Внутренний сосуд 3 заполняется испытуемым продуктом, а внешний 2 служит ванной (водяной, масляной или глицериновой) для нагревания нефтепродукта до нужной температуры. Температура нефтепродукта и термостатирующей жидкости измеряются термометрами 4 и 6.

3. Порядок определения условной вязкости В чистый и сухой внутренний сосуд 3 вискозиметра Энглера залить

испытуемое масло до метки, нанесенной на внутренней поверхности сосуда. Подогреть испытуемое масло до температуры 50°С и выдержать 5 минут. 64

48

Подставить под калиброванное отверстие колбу 11, поднять запорный штифт 7 и определить время истечения 200 мл масла (опыт повторить дважды). Значение условной вязкости вычислить по формуле

где ВУ50 -значение условной вязкости при температуре 50°С, °ВУ; τср - среднее время истечения 200 мл масла, с; τ20 Н2О - постоянная (водное число) вискозиметра, с/°ВУ.

При проведении расчетов принимают постоянную вискозиметра

τ20 Н2О = 50,3 с/°ВУ.

где νt - кинематическая вязкость при температуре t, мм /с; ВУt - условная вязкость при температуре t, °ВУ.

Можно воспользоваться также данными, приведенными в таблице 4.

Таблица 4-Перевод условной вязкости в кинематическую

5. Определение индекса вязкости Индекс вязкости определяется по номограмме, приведенной на

рисунке 12.

49

Рис.12 - Номограмма для определения индекса вязкости

Для определения индекса вязкости используются значения кинематической вязкости при 50°С и 100°С. Первое из них откладывается на номограмме по вертикальной оси, второе - по горизонтальной. Из найденных точек восстанавливают перпендикуляры до их пересечения. Соответствующий индекс вязкости показывает наклонная прямая линия, проходящая через точку пересечения, или ближе всего расположенная к ней.

50