Перейти на главную страницу
ГБОУ СПО Тверской колледж им. А.Н. Коняева
Конспект лекций по дисциплине
«Автомобильные эксплуатационные материалы»
Преподаватель:
Абрамова Н.В.
Тверь
Необходимо уяснить, что эффективность использования эксплуатационных материалов может быть достигнута в результате изучения свойств, правил хранения и применения этих материалов. В процессе усвоения дисциплины следует научиться правильно выбирать необходимые марки автомобильных топлив, масел и пластичных смазок в зависимости, от условий эксплуатации автомобилей и уметь применять свои знания на практике.
Начиная изучать учебный материал дисциплины, следует ознакомиться с общим содержанием тем, которые предусматривают не только знакомство с нефтепродуктами (маслами, смазками, топливами), но и изучение свойств и характеристик автомобильных специальных жидкостей (для гидравлических систем и систем охлаждения), а также с конструкционными, лакокрасочными и другими ремонтными материалами. Последний раздел предлагает изучить токсичность и огнестойкость автомобильных материалов, а также требования техники безопасности при работе с ними. Не следует забывать о мерах защиты окружающей среды и о вредном воздействии эксплуатационных материалов на флору и фауну.
Приобретенные знания помогут учащимся экономно расходовать эксплуатационные материалы, строго выполнять меры предосторожности при работе с ними и определять качество некоторых из них простейшими методами в условиях автотранспортных предприятий. Это позволит им на практике обеспечивать безотказность транспортных средств, повышать их долговечность и тем самым сокращать затраты на техническое обслуживание и ремонт подвижного состава.
Достижению рационального использования эксплуатационных материалов способствует новая наука, получившая название химмотология.
Следует уяснить суть этой науки, разобраться в трёх- и четырёхзвенной её структуре.
X и м мо т о л о г и я - это теория и практика рационального использования горючего и смазочных материалов в технике. Основной её задачей является повышение эффективности использования топлив и масел.
Название этого нового научного направления образовано сокращением трех слов: химия + мотор + логия, т.е. учение о химии в моторах.
Все проблемы рационального использования топлив и масел в двигателях внутреннего сгорания можно разделить на первичные и вторичные:
- первичные, возникающие в процессе создания или совершенствования двигателя когда одновременно разрабатываются технические требования к качеству топлива и масел, на которых должен будет эксплуатироваться двигатель;
- вторичные, возникающие в условиях эксплуатации двигателя, когда по тем или иным причинам появляется необходимость в изменении качества применяемых топлив и масел.
В первом случае химмотологические проблемы рассматриваются в основном в трехзвенной система: двигатель - топливо - смазочное масло, а во втором - в четырехзвенной системе: двигатель - топливо - смазочное масло - эксплуатация.
В химмотологии двигатель, топливо и смазочное масло рассматриваются как составные части единой трехзвенной системы, которая для наглядности представлена в виде схемы (рис.1), отражающей качественную взаимосвязь между ее звеньями.
Эта трехзвенная система характеризуется двумя особенностями. Во-первых, между ее звеньями существует сложная взаимосвязь. Так, например, если изменить качество топлива или масла только по одному из его показателей, то при этом неизбежно произойдут количественные изменения и в других показателях этого продукта, величина которых будет зависеть от качества перерабатываемого сырья и технологических процессов получения, продукта. Побочные изменения в качестве продукта, в свою очередь, могут повлиять на эффективность эксплуатации техники. Во-вторых, при существенном изменении в одном из звеньев, как правило, приходится вносить изменения и в другие звенья.
Подтвердим это положение следующим примером. При переводе среднеоборотных дизелей с дистиллятного топлива на остаточное (более тяжелое по фракционному составу, но более дешевое) столкнулись с закоксовыванием форсунок, повышенным износом цилиндров, компрессионных колец и поршневых канавок, прогаром фасок клапанов и образованием углеродистых отложений в турбокомпрессорах. Чтобы устранить эти недостатки, пришлось изменить конструкцию форсунок, химический состав металлов, из которых изготовлены цилиндры, поршневые кольца и фаски клапанов, режим работы двигателя, а также применить более высококачественное масло, нейтрализовавшее вредное действие сернистых соединений, содержащихся в остаточном топливе.
Эти особенности трехзвенной системы показывают, какие серьёзные затруднения стоят на пути решения первичных химмотологических проблем, в частности, когда для двигателя подбираются топливо и масло. При этом проще решаются задачи, если двигатель предназначен для работы на существующих сортах топлива и масла, и значительно труднее, если вопрос ставится об использовании новых сортов этих продуктов. В последнем случае качество нефтепродуктов обычно рассматривается как одно из средств улучшения конструкции, повышения надежности, долговечности и экономичности работы двигателя, т.е. получения более совершенного образца техники. Разумеется, что при этом учитывается и вопросы, имеющие отношение к производству и экономии топлив и масел. Однако в целом первичные химмотологические проблемы носят преимущественно технический характер, так как подчинены в первую очередь совершенствованию образцов техники,
В четырёхзвенной химмотологической системе существует ещё более сложная связь между звеньями, обусловленная действием многочисленных факторов, представленная для наглядности в виде схемы (рис.. 2).
В полном виде эта схема применима для поршневых двигателей, для других видов техники она чаще всего используется в сокращенных вариантах в соответствии со спецификой данного образца техники.
Так, например, для реактивных двигателей, у которых топливо и масло не контактируют между собой, на схеме не нужны связи (на рисунке показаны стрелками) 2-3 и 3-2; для механизмов, работающих вне контакта с топливом, используется только часть данной схемы, т.е. двухзвенная система: механизм - смазочный материал (1-3) или трехзвенная система: механизм - смазочный материал - эксплуатация (1-3-4).
Эффективность использования топлив и смазочных масел в эксплуатации зависит от успешного решения как первичных, так и вторичных химмотологических проблем.
Вторичные химмотологические проблемы в большинстве случаев проявляются при эксплуатации тогда, когда возникает необходимость внести те или иные изменения в качество применяемых топлив и масел, что может быть вызвано разными причинами, важнейшими из которых являются:
1.Экономические - в целях снижения стоимости нефтепродукта, повышения экономической эффективности его использования в технике и уменьшения эксплуатационных затрат при его применении, хранении, транспортировании, перекачке и заправках машин.
2.Технические - в целях повышения надежности работы и долговечности техники.
3. Энергетические - в целях снижения расхода продукте.
4. Экологические - в целях снижения токсичности продукта и уменьшения загрязнения окружающей среды.
5. Международные - в целях приведения качества продукта в соответствие с международными требованиями.
Итак, химмотология изучает топлива и смазочные материалы во взаимосвязи с их производством, техникой, для которой они предназначены, и условиями эксплуатации.
К основным задачам в области химмотологии относятся:
- разработка и внедрение в эксплуатацию новых сортов горючего и смазочных материалов;
- классификация топлив, масел и смазок;
- проведение унификации горючего и смазочных материалов;
- разработка норм расхода горючего и смазочных материалов;
- разработка мероприятий по сохранению качества и снижению потерь топлив, масел, смазок и специальных жидкостей при хранении, перекачках, транспортировании, применении;
- разработка квалифицированных методов оценки эксплуатационных свойств и методов контроля качества топлив, масел, смазок и жидкостей;
- разработка ускоренных эксплуатационных испытаний горючего и смазочных материалов;
- изучение процессов изменения горючего, смазочных материалов, а также обобщение опыта эксплуатации и установление закономерностей, связывающих качество топлив и смазочных материалов с надежностью, долговечностью и экономичностью работы двигателей и механизмов;
- решение экологических задач, направленных на снижение загрязнения окружающей среды.
Топлива, масла, пластичные смазки, являющиеся продуктами переработки нефти, имеют определенный элементный и групповой состав, определяющий их физические и химические свойства. Кроме того, в зависимости от условий работы узлов и агрегатов автомобиля, где применяются эксплуатационные материалы, к последним предъявляются специфические требования, соответствие которым обеспечивает безотказную работу этих узлов и агрегатов.
Каждое требование определяется одним или несколькими показателями, величины которых нормированы соответствующими ГОСТ и техническими условиями (ТУ). При конкретном изучении бензинов, дизельных топлив, масел, пластичных смазок следует рассмотреть сущность основных показателей по каждому виду эксплуатационных материалов. Например, важнейшими требованиями, предъявляемыми к бензинам, являются испаряемость и детонационная стойкость. В соответствии с ГОСТ на бензин они определяются следующими показателями: температурные параметры фракционного состава, давление насыщенных паров и октановое число. Для масла одним из основных требований является прокачиваемость масла к узлам, что определяется показателем "вязкость". Другое требование - минимальное изменение вязкости с изменением температурных условий - характеризуется индексом вязкости и т.д.
С целью контроля качества каждой партии нефтепродуктов выдается паспорт. Это документ, где для данного продукта приводятся конкретные значения показателей, определенных соответствующим ГОСТ.
Основными ГОСТ и ТУ с которыми следует ознакомиться, являются:
ГОСТ 2084-77, ТУ 30.001.165-87 «Автомобильные бензины».
ГОСТ Р1105-97 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин».
ГОСТ 305-82 «Дизельные топлива».
ГОСТ 8581-78 «Масла для автотракторных дизелей».
ГОСТ 10541-78 «Масла для карбюраторных двигателей».
ГОСТ 17479.2-85 «Трансмиссионные масла».
Показатели качества определены конкретным ГОСТ и для каждого вида пластичной смазки.
Далее следует освоить оценку показателей качества нефтепродукта в соответствии с техническими требованиями ГОСТ. Учащийся должен уметь отбраковать нефтепродукт (масло, смазку, топливо и т.д.) по отклонениям показателей паспорта от значений ГОСТ; пояснить, как эти отклонения скажутся на работоспособности деталей узлов (агрегатов), где он применяется; иметь представление о доведении нестандартных показателей до норм ГОСТ.
Для закрепления этого материала необходимо дать ответ на соответствующий вопрос контрольной работы.
Тема 1. Химический состав топливно-смазочных материалов.
Производство нефтяного топлива.
Энергетической установкой, приводящей в движение транспортное средство, является двигатель внутреннего сгорания. Следует вспомнить, что до настоящего времени источником энергии для него служит жидкое и газообразное топливо. Основными видами жидкого топлива являются бензины и дизельные топлива.
Согласно общим требованиям, предъявляемым к топливам
любого вида, топливо должно:
своевременно и полностью сгорать в цилиндрах двигателя и образовывать минимальное количество токсичных веществ в отработавших газах;
сгорать с наименьшим количеством нагара в камере сгорания и не вызывать отложений во внутренней системе двигателя;
обладать противоизносными и антикоррозионными свойствами;
обеспечивать быстрый и надежный пуск двигателя при различных температурах окружающего воздуха.
Общность физико-химических свойств и структуры топлив, как и предъявляемых к ним требований, определяется общим исходным сырьем, из которого они получаются.
Изучение раздела необходимо начать с рассмотрения элементного и группового состава нефти. В нефть в виде соединений входят: углерод (83-87%), водород (12-14%), сера (3-45%), азот (0,001-1,8-5, кислород (0,5-1,0%).
Особенно глубоко следует изучить групповой химический состав топливо-смазочных материалов, т.е. предельные (насыщенные) углеводороды, к которым относятся парафиновый, нафтеновый и ароматический ряды, и непредельные углеводороды, а также физические свойства предельных углеводородов.
Надо ознакомиться с их структурными формулами, обратить внимание на их свойства, т.к. количественное присутствие тех или иных групп углеводородов в топливах (карбюраторных, дизельных) и смазочных материалах оказывает влияние на их эксплуатационные свойства.
Знание химического состава нефти облегчит усвоение последующего материала по конкретным топливам, маслам и смазкам.
Далее следует ознакомиться с соединениями, в молекулы которых входят сера и кислород, рассмотреть условия образования смолисто-асфальтовых веществ, их классификацию, воздействие на детали механизмов и систем двигателя. Не менее важно представлять их влияние на эксплуатационные показатели топливосмазочных материалов, знать, что свободная сера и сернистые соединения, вызывая коррозию металлов, оказывают воздействие на металлы деталей механизмов и систем двигателя.
Надо остановиться на вопросах очистки или ограничения содержания в топливосмазочных материалах вредных примесей.
Изучая способы получения автомобильных нефтяных топлив, обратите внимание на технологию процессов переработки нефти. Первоначально нефть подвергается прямой перегонке, сущность которой заключается в нагревании нефти до заданной температуры с последующим охлаждением образующихся паров до жидкого состояния и разделением их на отдельные фракции.
С целью увеличения выхода светлых нефтепродуктов и повышения их качества применяется деструктивная переработка нефтяного сырья.
Типичным процессом деструктивной переработки является крекинг-процесс. Сущность его заключается в том, что крупные молекулы углеводородов, кипящие при высокой температуре, составляющие перерабатываемое сырье, под действием температуры и давления расщепляются на несколько легких молекул, кипящих при более низкой температуре, которые и составляют автомобильные топлива.
Из разновидностей крекинг-процессов самое главное внимание должно быть уделено каталитическому крекингу как наиболее передовому методу переработки нефтяного сырья.
Качество прямогонных бензинов (особенно полученных из сернистой нефти) улучшается при их последующем каталитическом риформинге, являющемся одним из основных процессов современного нефтеперерабатывающего завода.
Автомобильные нефтяные топлива, полученные одним из указанных способов, должны быть очищены от органических (нафтеновых) кислот, непредельных углеводородов, смолисто-асфальтовых веществ, сернистых соединений, а также подвергнуты стабилизации для повышения их химической и физической стабильности во время транспортирования, хранения и применения.
Товарное топливо, т.е. то, которое поступает на рынок, представляет собой смесь из фракций, полученных различными способами переработки нефти. Качество его доводится до норм стандарта с помощью различных присадок, улучшающих те или иные свойства топлива.
В последнее время в связи с ограниченностью запасов нефти и остро вставшими вопросами защиты окружающей среды от канцерогенных продуктов сгорания топлива всё более широкое применение находят альтернативные топлива: природный газ, нефтяной углеводородный газ, спирты, синтетическое топливо, водород и другие. Заметное влияние на общий баланс потребления альтернативных топлив оказывает лишь сжатый природный газ, применяемый в первую очередь на грузовых автомобилях. Основными же видами топлива для автотранспорта традиционно остаются бензины и дизельные топлива.
Тема 2. Автомобильные бензины
Данная тема является одной из важнейших, ибо надежность и экономичность работы двигателей, в различных эксплуатационных условиях, их долговечность во многом зависит от качества применяемого бензина.
Следует твердо знать эксплуатационные требования к качеству бензинов: определенная испаряемость и детонационная стойкость, необходимая физическая и химическая стабильность, минимальное коррозионное воздействие на металлы, отсутствие механических примесей и воды. Надо знать показатели физических свойств бензинов: плотность, теплотворную способность, испаряемость. Особое внимание надо уделить последнему показателю. Студент должен знать, что испаряемость определяет надежность поступления топлива из бака в карбюратор, скорость образования и качество топливовоздушной смеси, а этим определяется легкость пуска двигателя, быстрота прогрева и полнота сгорания бензина после прогрева двигателя, возможность образования паровых пробок в топливной системе. Испаряемость бензина определяется фракционным составом. При изучении фракционного состава необходимо обратить внимании на его характерные точки: температуры начала и конца разгонки, температуры перегонки 10%, 50%, 90% объёма бензина. Далее надо разобраться в сути эксплуатационной оценки бензинов по фракционному составу с использованием специальных номограмм. По этим номограммам надо знать, что означают области температур, при которых выгоняется 10%, 50%, 90% бензина, и уметь практически определять для данного бензина различные температурные зоны работы двигателя (зона легкого запуска, затрудненного запуска и т.д.).
Чтобы точно оценить особо легкие фракции, наиболее опасные с точки зрения образования паровых пробок в топливопроводах, в ГОСТ на бензины введен дополнительный показатель испаряемости - давление насыщенных паров. По этому показателю судят о пусковых качествах бензина и склонности его к образованию паровоздушных пробок в системе питания двигателей: чем выше давление насыщенных паров, тем лучше пусковые качества бензина и больше вероятность образования паровоздушных пробок во время работы двигателя. С повышением давления насыщенных паров бензина увеличиваются потери от испарения его при хранении на складах и в топливных баках.
Далее следует провести оценку качества бензинов по показателям их химических свойств: детонационной стойкости, химической стабильности, коррозионности.
Надо иметь в виду, что развиваемая двигателем мощность зависит от скорости, начала, конца и полноты сгорания рабочий смеси. Надо изучить условия нормального и аномального (детонационного и калильного) сгорания.
Учащийся должен четко представлять сущность детонационного сгорания топлива. Надо хорошо разобраться в причинах, вызывающих детонацию; знать, какие изменения происходят в работе двигателя, как они влияют на его тягово-мощностные показатели, а также иметь представление о способах устранения детонационного режима.
Надо разобраться, каким показателем и как оценивается детонационная стойкость бензина, как присваивается каждому бензину значение этого показателя, какие методы при этом используются и как можно повысить показатель детонационной стойкости бензина.
Изучая вопрос о химической стабильности бензинов надо разобраться в её сущности, методах оценки. Уяснить, что характеризует показатели: "индукционный период", "содержание фактических смол", "кислотность". Надо знать условия повышения коррозионной активности бензинов по присутствию в них минеральных и органических кислот, серы и сернистых соединений, уметь дать оценку этой активности.
Следует обратить внимание на тот факт, что для большинства высокофорсированных двигателей с высокими степенями сжатия требуется этилированный бензин, содержащий в антидетонационных присадках тетраэтилсвинец. Свинец и его соединения пагубно действуют на органы и ткани человека, нарушают обменные процессы и нервную систему. В комплексе с другими вредными веществами, входящими в состав отработавших газов, они загрязняют и отравляют нашу флору и фауну. В целях защиты последних этилированное топливо постепенно выходит из употребления. Следует ознакомиться с группой новых неэтилированных бензинов, определенных ГОСТ Р1105-97 "Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин".
Необходимо ознакомиться с действующими ГОСТ 2084-77 и
ТУ 38.001.165 87 на автомобильные бензины и внимательно разобраться в значениях показателей, чтобы сравнивая конкретные значения паспорта и ГОСТ, уметь объяснить как отклонения в показателях повлияют на работу двигателя в различных эксплуатационных условиях.
Изучая эту тему, полезно вспомнить, что представляет дизельное топливо как нефтяная фракция, условия получения. Необходимо отметить факторы, способствующие более широкому его распространению на автомобильном транспорте в сравнении с применением бензинов. Это, например, лучшая физическая и химическая стабильность, что гарантирует снижение потерь дизельного топлива при транспортировании и хранении.
Эксплуатационные требования к качеству дизельного топлива определяются его физико-химическими свойствами.
Например, на бесперебойность подачи топлива в цилиндры влияет температура помутнения и застывания, содержание механических примесей и воды.
Нужно знать, что характеризуют температуры помутнения и застывания, какие физические изменения происходят при этом в топливе, как лабораторным способом определяется температура застывания образца топлива. Следует рассмотреть примеры рекомендаций по практическому использованию дизельных топлив с учётом температур помутнения и застывания. Далее надо знать обозначения дизельных топлив и применяемость их в зависимости от климатических условий.
Вода в дизельном топливе может послужить причиной нарушения его подачи в цилиндры двигателей при низкой температуре, когда она может превратиться в кристаллы льда. При плюсовых температурах вода с топливом образует эмульсию, разрушающую фильтрующие элементы фильтров тонкой очистки.
Содержание воды в нефтепродуктах ГОСТ допускает не более 0,025%, что принято называть "следами".
Механические примеси в виде песка, глинозема, попадающие в топливо при небрежном хранении, транспортировании и заправке автомобилей, образуют на стенках, трущихся деталях риски, царапины, подвергают ускоренному износу плунжерные пары высокого давления, засоряют сопла форсунок.
Стандартом на дизельное топливо наличие механических примесей в нём не допускается.
Далее следует изучить смесеобразующие свойства дизельных топлив. Это испаряемость и вязкость.
Испаряемость определяется фракционным составом, который совместно с вязкостью характеризует тонкость распыла и легкость испарения топлива. Необходимо ознакомиться со стандартными температурными точками фракционного состава, по которым можно судить о присутствии высококипящих или низкокипящих углеводородов.
Избыток высококипящих углеводородов говорит об утяжеленном, а низкокипящих - об облегченном фракционном составе топлива. Необходимо ознакомиться с условиями работы двигателя при утяжеленном или облегченном фракционном составе, выяснить, к каким отрицательным последствиям могут привести эти свойства топлива.
Следует выяснить, что характеризует вязкость топлива, как она выражается, в каких единицах измеряется; разобраться, как зависят от вязкости качество распыла и дальнобойность струи, чёткость начала и конца подачи топлива форсункой.
Вспомнив из курса "Устройство автомобилей" принцип работы дизельных двигателей, следует дать характеристику процессу самовоспламеняемости, пояснить суть их "мягкой" и "жесткой" работы, а также выяснить суть понятия "период задержки воспламенения", связав его с индикаторной диаграммой двигателя.
По аналогии с оценкой детонационных свойств бензинов, надо изучить, что характеризует цетановое число для дизелей, как его определяют и присваивают испытуемому дизельному топливу. Следует знать, что от величины цетанового числа зависят пусковые свойства двигателя.
Необходимо представлять, присутствие каких углеводородных групп в топливе оказывает влияние на величину цетанового числа и какими методами его можно повысить.
В процессе изучения темы надо обратить внимание на свойства топлива, способствующие образованию отложений на деталях топливной системы. Эти свойства топлив оговорены показателями ГОСТ 305-82.
Опасным фактором, нарушающим нормальный режим работы двигателя, является отложение нагара в камере сгорания, на клапанах, насос-форсунках. При этом ухудшается топливная экономичность и снижается мощность.
Коксуемость выражается количеством (в процентах) образовавшегося твёрдого углистого остатка (кокса) при испытании образца топлива в лабораторных условиях на специальном приборе. Согласно ГОСТ 305-82 вышеуказанные показатели имеют следующие значения:
- концентрация фактических смол не более 25 мг/100см3;
- зольность не более 0,008%;
- коксуемость, %, не более, для топлива «Л» - 0,20, для «3» и «А» - 0,10.
Способность дизельного топлива к осмолению зависит от наличия в нём непредельных углеводородов. 0 количестве последних судят по йодному числу. Надо чётко усвоить сущность этого показателя. Согласно ГОСТ йодное число должно быть не более 5 г йода на 100 г топлива.
Коррозионное воздействие дизельного топлива на детали двигателя аналогично воздействию на них бензина. По ГОСТ 305-82 определяющим показателем здесь является содержание серы (не более 0,2%). Дизельные топлива с меньшим суммарным содержанием серы не вызывают осложнений в работе двигателя. Контроль наличия активной серы проводится воздействием топлива на медную пластинку.
Коррозионную агрессивность дизельных топлив вызывает также наличие водорастворимых кислот и щелочей. Их присутствие в топливе не допускается.
Остальные агрессивные состояния определяются показателем "кислотность". Учащийся должен знать, что он означает.
В заключение надо разобраться, какие марки дизельных топлив существуют, как они обозначаются, и по каким признакам идет их применение.
Цель и содержание дисциплины, последовательность изложения тем, связь с дисциплинами по специальности. Значение дисциплины как одной из специальных дисциплин при подготовке техни
15 12 2014
3 стр.
По дисциплине «Эксплуатационные материалы и экономия топливно-энергетических ресурсов»
15 10 2014
1 стр.
Конфекционирование материалов: Конспект лекций – Владивосток: Издательство вгуэс, 2004
23 09 2014
4 стр.
14 09 2014
8 стр.
Охватывает многие явления (от коррекции чтения и речи до профессиональной подготовки или смены ценностных ориентиров поведения)
25 12 2014
5 стр.
Ю. А., Медовикова Н. Я., Рейх Н. Н. Оценивание погрешностей измерений: Конспект лекций. — М.: Асмс, 2004
25 12 2014
3 стр.
Охватывает сеть и по масштабу производственного объединения
14 09 2014
13 стр.
Специализация 02 "Строительство промышленных зданий и зданий транспортного назначения"
18 12 2014
5 стр.