Эксплуатационные материалы

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Конспект лекций И.А.Дужевский 2018 Оглавление 1 МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ .......................................................................................4 1.1 Стали ...................................................................................................................................................4 1.1.1 Углеродистые стали ....................................................................................................................4 1.1.2 Легированные стали ....................................................................................................................6 1.1.3 Шарикоподшипниковые стали...................................................................................................7 1.1.4 Инструментальные стали ............................................................................................................7 1.1.5 Термическая и химико-термическая обработка сталей .........................................................10 1.2 Чугуны...............................................................................................................................................16 1.2.1 Серые чугуны .............................................................................................................................16 1.2.2 Белые чугуны .............................................................................................................................17 1.2.3 Ковкие чугуны ...........................................................................................................................17 1.3 Сплавы цветных металлов ..............................................................................................................18 1.3.1 Латуни ........................................................................................................................................18 1.3.2 Бронзы ........................................................................................................................................18 1.3.3 Алюминиевые сплавы ...............................................................................................................19 1.3.4 Магниевые и алюминиево-магниевые сплавы .......................................................................20 1.3.5 Баббиты ......................................................................................................................................20 1.4 Пластмассы .......................................................................................................................................20 1.5 Резина и эластомеры на основе каучуков ......................................................................................20 2 ТОПЛИВА ...............................................................................................................................................21 2.1 Общие сведения о топливах ............................................................................................................21 2.2 Классификация топлив ....................................................................................................................22 2.3 Эксплуатационные свойства нефтяных топлив ............................................................................22 2.4 Бензины .............................................................................................................................................24 2.4.1 Классификация, общие сведения об устройстве, принципе работы и особенностях бензиновых двигателях ......................................................................................................................24 2.4.2 Эксплуатационные характеристики бензинов........................................................................31 2.4 Дизельные топлива ..........................................................................................................................38 2.4.1 Краткие сведения об устройстве, принципе работы и особенностях дизельных двигателей ..............................................................................................................................................................38 2.4.2 Дизельное топливо ....................................................................................................................42 2.3 Альтернативные виды топлива .......................................................................................................47 2.3.1 Классификация альтернативных видов топлива ....................................................................48 2.3.2 Газообразные топлива ...............................................................................................................50 2.3.3 Биотопливо.................................................................................................................................53 3 СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ..............................................................................................................54 3.1 Минеральные масла .........................................................................................................................54 3.1.1 Общие сведения .........................................................................................................................54 2 3.1.2 Основные характеристики масел .............................................................................................54 3.1.3 Основные виды присадок .........................................................................................................59 3.1.4 Классификация моторных масел .............................................................................................59 3.1.5 Классификация индустриальных масел ..................................................................................61 3.2 Смазки ...............................................................................................................................................62 3.2.1 Общие сведения и классификация...........................................................................................62 3.2.2 Характеристики смазок .............................................................................................................64 3.2.3 Антифрикционные смазки ........................................................................................................67 3.2.4 Консервационные смазки .........................................................................................................69 3.2.5 Канатные смазки........................................................................................................................70 3.2.6 Уплотнительные смазки ...........................................................................................................72 3.3 Твердые смазочные материалы и покрытия ..................................................................................72 3.3.1 Твёрдые слоистые смазки .......................................................................................................73 4 ТЕХНИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ .............................................................................................................76 4.1 Охлаждающие жидкости .................................................................................................................76 4.1.1 Вода.............................................................................................................................................77 4.1.2 Антифризы .................................................................................................................................80 4.2 Тормозные жидкости .......................................................................................................................82 4.2.1 Требования к ТЖ .......................................................................................................................82 4.2.2 Состав тормозных жидкостей ..................................................................................................83 4.2.3 Классификация тормозных жидкостей ...................................................................................84 4.3 Амортизаторные жидкости .............................................................................................................90 4.4 Гидравлические масла .....................................................................................................................91 4.4.1 Общие требования и свойства..................................................................................................91 4.4.2 Первичные, вторичные и третичные характеристики гидравлических масел ....................93 4.4.3Система обозначения гидравлических масел ..........................................................................94 4.4.4 Маловязкие гидравлические масла ..........................................................................................96 4.4.5 Средневязкие гидравлические масла.......................................................................................97 4.4.6 Вязкие гидравлические масла ..................................................................................................98 4.5 Пусковые жидкости .........................................................................................................................99 4.6 Электролиты для аккумуляторных батарей ................................................................................102 4.6.1 Назначение АКБ ......................................................................................................................102 4.6.2 Устройство АКБ ......................................................................................................................102 4.6.3 Принцип работы аккумулятора ..............................................................................................105 4.6.4 Технические характеристики и свойства аккумуляторной батареи ...................................105 4.6.5 Техническое обслуживание аккумуляторной батареи ........................................................107 4.6.6 Неисправности аккумуляторной батареи .............................................................................109 4.6.7 Ремонт аккумуляторной батареи ...........................................................................................110 3 1 МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Наиболее распространенными материалами в машиностроении являются стали различных марок, чугуны, сплавы цветных металлов, а также неметаллические материалы: пластмассы, резина, дерево, в последнее время широкое распространение получили композитные материалы. 1.1 Стали Сталь – деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2,14%), а также с другими естественными или специально вводимыми легирующими элементами. Сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, называют чугуном. В инструментальных сталях содержание углерода доходит до 1,7%, а в конструкционных – до 0,8%. Свойства углеродистой стали зависят, в первую очередь, от содержания в ней углерода. Чем больше углерода, тем прочнее, тверже и менее пластична сталь. Механические свойства (особенно усталостная прочность) повышаются при объемной или поверхностной термической или химико-термической обработке. Стали делятся:  по применению – на конструкционные и инструментальные;  по химическому составу – на углеродистые и легированные (содержащие легирующие элементы);  по качеству – на углеродистые обыкновенного качества (ГОСТ 380), углеродистые качественные конструкционные (ГОСТ 1050), легированные конструкционные (ГОСТ 4543) и низколегированные конструкционные (ГОСТ 5058). 1.1.1 Углеродистые стали Углеродистые конструкционные стали по качеству (в зависимости от содержания вредных примесей) подразделяют на две группы: обыкновенного качества и качественные. Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества (содержащие повышенное количество вредных примесей и др.) применяются 4 для изготовления металлических конструкций и неответственных деталей машин, поставляются по ГОСТ 380-2005. Изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп. Буквы "Ст" обозначают "Сталь", цифры – условный номер марки в зависимости от химического состава, буква "Г" – марганец при его массовой доле в стали 0,80% и более, буквы "кп", "пс", "сп" – степень раскисления стали: "кп" - кипящая, "пс" - полуспокойная, "сп" – спокойная. Примеры маркировки: Ст3сп – спокойная углеродистая сталь обыкновенного качества (0,14…0,22% С, 0,40…0,65% Mn) Ст3Гсп (0,14…0,20% С, 0,80…1,10% Mn) – кипящая углеродистая сталь обыкновенного качества. Нелегированные конструкционные качественные (05кп…20) и специальные стали (25…50Г2). Применяются для металлических конструкций и более ответственных деталей машин, поставляются по ГОСТ 1050-2013 и ГОСТ 977-88 (литейные – буква Л в конце марки стали, 15Л…50Л). Цифры (05-65) обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Стали с содержанием углерода до 0,25% могут поставляться спокойными (сп), полуспокойными (пс) и кипящими (кп). Стали с содержанием углерода больше 0,25% поставляются только спокойными. Буква "Г" обозначает, что сталь имеет повышенное содержание марганца (до 1,2%). Буква Л в конце марки обозначает, что сталь в литом состоянии. Конструкционные стали по содержанию углерода и способности воспринимать термическую обработку разделяют:  низкоуглеродистые – цементуемые с содержанием С до 0,25% (0,3%);  среднеуглеродистые – улучшаемые и закаливаемые с содержанием С от 0,25 до 0,6% (0,3…0,7%);  высокоуглеродистые – закаливаемые с содержанием С выше 0,6% (0,7%). Примеры маркировки: Сталь 15кп – углеродистая конструкционная качественная сталь с содержанием 0,15% углерода, кипящая; Сталь 30Л – углеродистая конструкционная качественная сталь с содержанием углерода 0,30%,спокойная, применяется для деталей получаемых методом литья; 5 1.1.2 Легированные стали Легированные стали разделяют по общему содержанию легирующих элементов на: ● низколегированные: менее 2,5 %; ● среднелегированные: 2,5…10,0 %; ● высоколегированные: более 10,0%. В соответствии с ГОСТ 4543-2016 делится на классы: ● качественная; ● высококачественная – сталь с повышенными требованиями к химическому составу и макроструктуре металлопродукции из нее по сравнению с качественной сталью. При этом в конце наименования марки стали добавляют букву А; ● особовысококачественная – сталь, выплавленная в вакуумноиндукционной печи (ВИ) или с применением переплавов (Ш – электрошлакового переплава, ВД – вакуумно-дугового переплава, П – плазменно-дугового переплава), с повышенными требованиями к химическому составу, качеству поверхности и макроструктуре металлопродукции из нее по сравнению с качественной и высококачественной сталью. При этом индекс обозначения способов выплавки и переплавов (ВИ, Ш, ВД, П) пишется через дефис после наименования марки стали. Конструкционные легированные стали обладают высокой конструктивной прочностью. Легирование позволяет повысить уровень механических свойств и глубину прокаливаемости. Применяются конструкционные легированные стали для ответственных деталей машин и металлических конструкций. Химические элементы обозначены следующими буквами: В – вольфрам (W), Г – марганец (Mn), М – молибден (Mo), Н – никель (Ni), Р – бор (B), С – кремний (Si), Т – титан (Ti), Ф – ванадий (V), X – хром (Cr), Ю – алюминий (Al). Цифры, стоящие после букв, указывают примерную массовую долю легирующего элемента в целых единицах. Отсутствие цифры означает, что в стали содержится до 1,5% этого легирующего элемента. Хромистые стали обладают повышенной прочностью, износостойкостью, при содержании хрома более 12% - коррозионной стойкостью (15ХА, 38ХА). Хромоникелевые стали обладают высокой прочностью и износостойкостью в сочетании с повышенной вязкостью (12ХН3А, 12Х2Н4А, 20ХН3А). 6 Хромомолибденовые стали применяют для деталей, требующих малых деформаций при термической обработке или работающих в условиях высоких температур. Хромокремнемарганцевые стали не содержат дорогих компонентов и обладают наилучшими механическими свойствами при относительной простоте обработки (30ХГСА, 35ХГСА) Добавление бора увеличивает прокаливаемость и прочность сталей при некотором повышении вязкости (27ХГР, 20ХГНР) Стали, упрочняемые путем азотирования: 38Х2МЮА, 38Х2ФЮА, 40Х, 40ХФА, 20Х3МВФ. 1.1.3 Шарикоподшипниковые стали Шарикоподшипниковые стали (ШХ6, ШХ9, ШХ15) применяются для изготовления деталей подшипников качения (шариков, роликов, колец). Обладают высокой прочностью, твердостью, износостойкостью, выносливостью. Обозначаются буквой Ш - шарикоподшипниковая, X хромистая и цифрой, указывающей содержание хрома в десятых долях процента. Содержание углерода в подшипниковых сталях составляет около 1%. С увеличением содержания хрома и легирующих элементов увеличивается глубина прокаливаемости, т.е. увеличивается возможность изготовления из них деталей большего размера. Поставляется по ГОСТ 801-78. Примеры маркировки: ШХ15СГ – шарикоподшипниковая сталь; содержащая 1% углерода, 1,5% хрома, кремния и марганца до 1%. 1.1.4 Инструментальные стали Инструментальные углеродистые стали По сравнению с конструкционными углеродистыми сталями обладает значительно большей твердостью (особенно после закалки), но является более хрупкой, применяются для изготовления различных инструментов. Обозначаются буквой У (углеродистая) и числом, обозначающим содержание углерода в десятых долях процента. Буква А в конце марки обозначает, что сталь высококачественная, т.е. имеет очень низкое содержание вредных примесей (S и Р). Если в конце марки буквы не стоит, то сталь качественная. Углеродистая инструментальная сталь изготавливается по ГОСТ 1435-74. Достоинством углеродистых инструментальных сталей является их малая стоимость и достаточно высокая твердость по сравнению с другими 7 инструментальными материалами. К недостаткам следует отнести малую износостойкость и низкую теплостойкость. Примеры маркировки: У8 - качественная углеродистая инструментальная сталь с содержанием углерода 0,8%; У12А – высококачественная углеродистая инструментальная сталь с содержанием углерода 1,2%. Инструментальные углеродистые легированные стали Легированные инструментальные стали по своему химическому составу отличаются от углеродистых повышенным содержанием кремния или марганца, или наличием одного или нескольких легирующих элементов: хрома (увеличивает твердость, прочность, коррозионную стойкость материала, понижает его пластичность); никеля (повышает прочность, пластичность, ударную вязкость, прокаливаемость материала); вольфрама (повышает твердость и теплостойкость материала); ванадия (повышает твердость и прочность материала, способствует образованию мелкозернистой структуры); кобальта (увеличивает ударную вязкость и жаропрочность материала); молибдена (повышает упругость, прочность, теплостойкость материала). Легирование углеродистых сталей позволяет повысить прокаливаемость. Поставляются эти стали по ГОСТ 5980-73. Первое число показывает содержание углерода в десятых долях процента. Буквы и цифры за ними обозначают легирующие элементы, так же, как в легированных конструкционных сталях. Примеры маркировки: 7ХФ – углеродистая легированная инструментальная сталь с содержанием 0,7% углерода и менее 1% хрома и ванадия. Инструментальные быстрорежущие стали Это высоколегированная сталь, применяемая, главным образом, для изготовления режущего инструмента, работающего на скоростях, в 3-5 раз больших, чем инструмент из углеродистой инструментальной стали. Такая скорость обусловлена большей износостойкостью стали. Быстрорежущие стали обозначаются буквами, соответствующими карбидообразущим и легирующим элементам: Р – вольфрам; М – молибден; Ф – ванадий; А – азот; К – кобальт; Т – титан; Ц – цирконий. 8 В марках быстрорежущих сталей вначале приводят букву "Р", за ней следует цифра указывающая содержание вольфрама. За следующей буквой следует цифра, обозначающая среднее содержание элемента в процентах (содержание хрома до 4% в обозначениях не указывается). Цифра, стоящая в начале названия марки стали, указывает содержание углерода в десятых долях процента. Применяемые быстрорежущие стали делятся на три группы: нормальной, повышенной и высокой производительности. Поставляются быстрорежущие стали по ГОСТ 19265-73. Ванадий обозначается в марке стали, если его содержание более 2,0%. Содержание углерода в маркировке не указывается. Обычно его содержится 0,7-1,2%. Примеры маркировки: Р18 – быстрорежущая сталь состава: 0,7…0,8% углерода; 3,8…4,4% хрома; 17,0…18,5% вольфрама; 1,0…1,4% ванадия; Р6М5ФЗ – быстрорежущая сталь состава: 0,95…1,05% углерода; 3,8…4,4% хрома; 5,5…6% вольфрама; 4,6…5,2% молибдена; 1,8…2,4 % ванадия. Твердые сплавы Это твёрдые и износостойкие металлические материалы, способные сохранять эти свойства при 900…1150 °C. В основном изготовляются из высокотвёрдых и тугоплавких материалов на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома, связанные кобальтовой металлической связкой, при различном содержании кобальта или никеля. Твёрдые сплавы различают по металлам карбидов, в них присутствующих: вольфрамовые – ВК2, ВК3,ВК3М, ВК4В, ВК6М, ВК6, ВК6В, ВК8, ВК8В, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25; титано-вольфрамовые – Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12В; титано-тантало-вольфрамовые – ТТ7К12, ТТ10К8Б; безвольфрамовые ТНМ20, ТНМ25, ТНМ30 По химическому составу твёрдые сплавы классифицируют:  вольфрамокобальтовые твёрдые сплавы (ВК);  титановольфрамокобальтовые твёрдые сплавы (ТК);  титанотанталовольфрамокобальтовые твёрдые сплавы (ТТК). Твёрдые сплавы по назначению делятся (классификация ИСО) на: Р – для стальных отливок и материалов, при обработке которых образуется сливная стружка; М – для обработки труднообрабатываемых материалов (обычно нержавеющая сталь); 9 К – для обработки чугуна; N – для обработки алюминия, а также других цветных металлов и их сплавов; S – для обработки жаропрочных сплавов и сплавов на основе титана; H – для закаленной стали. Твердые сплавы для режущего инструмента, получаемые методом порошковой металлургии, состоят из твердых карбидов W, Ti, Ta и вязкой связки Со. Чем выше содержание Со в сплаве, тем выше ударная вязкость, но ниже твердость. Температура красностойкости таких сплавов до 1000-1050°С. Примеры маркировки: ВК2 – вольфрамокобальтовый твердый сплав, содержащий 2% кобальта и 98% вольфрама ; Т5К10 – вольфрамотитанокобальтовый твердый сплав, содержащий 10% Со, 5% TiС и 95% WC; ТТ10К8 – вольфрамотитанотанталокобалътовый твердый сплав, содержащий 8% Со, 10% TiС+TаС, 82% WC . Хорошо зарекомендовали себя новые твердые сплавы, не содержащие дефицитного вольфрама. В этих сплавах используют TiС и связку из Ni и Мо . Примеры маркировки: КТС-1 – содержат 17…15% Ni; 9-7% Мо, остальное TiC (карбид титана); ТН-20 – содержит 20% Ni, 5…10% Mo, остальное TiC (титано-никелевый). 1.1.5 Термическая и химико-термическая обработка сталей Термическая обработка сталей Задача термической обработки – путем нагрева и охлаждения вызвать необратимое изменение свойств вследствие необратимого изменения структуры. Термическая обработка подразделяется на следующие виды: - собственно термическая, - химико – термическая, - деформационно – термическая. Собственно термическая обработка не предусматривает какого – либо иного воздействия, кроме температурного. Если при нагревах изменяется состав металла (сплава) – его поверхностных слоев – в результате взаимодействия с окружающей средой, то такая термическая обработка называется химико – термической (ХТО), а если наряду с температурным 10 воздействием производится еще и деформация, вносящая соответствующий вклад в изменение структуры, то такая термическая обработка называется деформационно – термической. В свою очередь деформационно – термическая обработка подразделяется на термомеханическую (ТМО), механотермическую (МТО) и др. Собственно термическая обработка подразделяется на: отжиг первого и второго рода, закалку с полиморфным превращением и закалку без полиморфного превращения, отпуск и нормализацию. Отжиг вообще – это процесс термической обработки, при котором металл сначала нагревают до определенной температуры, выдерживают заданное время при этой температуре, а затем медленно охлаждают, чаще всего вместе с печью. Отжиг первого рода – нагрев металла, который имеет неустойчивое состояние в результате предшествовавшей обработки (кроме закалки), приводящий металл в более устойчивое состояние. Основные подвиды: гомогенизационный отжиг, рекристаллизационный отжиг, отжиг для снятия внутренних напряжений. Отжиг второго рода – нагрев выше температуры превращения с последующим медленным охлаждением для получения стабильного структурного состояния сплава. Закалка с полиморфным превращением – нагрев выше температуры полиморфного превращения с последующим достаточно быстрым охлаждением для получения структурно – неустойчивого состояния. Закалка без полиморфного превращения – нагрев до температур, вызывающих структурные изменения (чаще всего для растворения избыточной фазы) с последующим быстрым охлаждением для получения структурно – неустойчивого состояния – пересыщенного твердого раствора. Отпуском называется процесс термической обработки, при котором закаленная сталь нагревается ниже критической точки Ас1, выдерживается определенное время, а затем охлаждается. Закаленная сталь находится в напряженном состоянии и поэтому она обладает значительной хрупкостью. Для улучшения свойств стали и увеличения долговечности ее службы необходимо снять внутренние напряжения или хотя бы уменьшить их. Для этого инструменты и изделия из стали после закалки почти всегда подвергаются повторному нагреву до температур, лежащих ниже критической температуры Aci, (723°), и после некоторой выдержки при температуре нагрева медленно или быстро охлаждаются. 11 Этот вид термической обработки стали называется отпуском. Даже в тех случаях, когда изделие должно иметь максимальную твердость, оно подвергается после закалки отпуску для снятия внутренних напряжений. С помощью отпуска можно достигнуть также распада мартенсита и повышения благодаря этому пластичности и вязкости стали при сохранении достаточно высокой прочности. Наиболее важной операцией при отпуске является нагрев. Результаты отпуска определяются температурой нагрева изделия и достаточной выдержкой его при этой температуре. Поэтому особенное внимание должно быть уделено правильному выбору температуры нагрева и ее поддержанию во время отпуска. В зависимости от требований, предъявляемых к изделию, температура отпуска колеблется в пределах от 150 до 680°. Нагревать изделия до температуры отпуска следует постепенно и равномерно. Изделия обычно загружают в холодные печи (или нагретые до температуры 200°) и затем медленно нагревают до температуры отпуска со скоростью 50 - 100° в час (в зависимости от сечения изделия). Быстрый нагрев может привести к образованию на изделии трещин. Отпуск производится в камерных и пламенных печах, а также в электрических типа ПН-32. Для обеспечения более равномерного нагрева в печах устанавливают вентиляторы с замкнутой циркуляцией воздуха. Они необходимы потому, что при относительно низких температурах (до 500 600°) теплопередача от спокойного воздуха к металлу происходит весьма медленно и неравномерно. Мелкие изделия (например, инструменты) отпускают в масляных и соляных ваннах, а также на горячих плитах или в песчаных банях. В этих условиях нагрева исключаются случайные колебания температуры, что имеет большое значение при отпуске. Скорость охлаждения при отпуске углеродистой стали не имеет существенного значения, так как при охлаждении отпущенной стали структурные превращения в ней не протекают. Охлаждение при отпуске чаще всего производят на спокойном воздухе. Некоторые легированные стали охлаждают даже в воде, но это вызывается особыми обстоятельствами, которые будут рассмотрены в дальнейшем. На практике применяются три вида отпуска. Низкий отпуск производится при температурах 150 - 300°. Цель его уменьшить внутренние напряжения в закаленном изделии, не снижая или 12 очень мало снижая при этом его твердость. В результате низкого отпуска получают структуру отпущенного мартенсита. Низкому отпуску обычно подвергают инструменты. Средний отпуск осуществляется при температурах 300 - 450°. Применяется он для изделий, от которых требуются достаточно высокая твердость (Нr = 40 - 50) и высокий предел упругости при наличии определенной вязкости. Наиболее часто такому отпуску подвергаются пружины и рессоры. После среднего отпуска структура стали состоит из троостита. Высокий отпуск производится при температурах 500 - 680°. После такого отпуска сталь имеет структуру сорбита. Сталь, подвергнутая закалке и последующему высокому отпуску, называется улучшенной. Такая сталь обладает высокой прочностью и вязкостью. Поэтому высокому отпуску подвергают почти все детали машин ответственного назначения. Нормализация – один из видов термической обработки. При нормализации сталь нагревают до температур, на 30–50 °C превышающих верхние критические температуры, затем выдерживают необходимое время, а потом охлаждают на спокойном воздухе для получения тонкопластинчатой перлитной структуры. От отжига нормализация отличается более быстрым охлаждением. Поверхностная закалка. Поверхностной называется такая закалка, при которой высокую твердость приобретает лишь часть поверхностного слоя стали или сплава. Она отличается от других способов закалки методом нагрева. При такой обработке до температуры закалки нагревают только поверхностный слой изделия. Причем при быстром охлаждении лишь этот слой подвергается закалке. Остальная часть не закаливается и сохраняет структуру и свойства, которые были до закалки. В настоящее время наибольшее распространение получила поверхностная закалка с индукционным нагревом токами высокой частоты. Этот метод термической обработки создает предпосылки для комплексной механизации и автоматизации процесса закалки. Индукционный нагрев металла достигается путем индуцирования вихревых токов, которые сосредоточиваются в поверхностном слое изделия и нагревают его на определенную глубину. Продолжительность нагрева токами высокой частоты весьма мала – она исчисляется секундами. При закалке 13 небольших изделий производят нагрев и охлаждение всей их поверхности. Закалку изделий значительной длины проводят непрерывно – последовательным нагревом. Для охлаждения применятся вода. Для поверхностной закалки крупных изделий в единичном и мелкосерийном производстве, а также при ремонтных работах применяют нагрев пламенем, чаще всего ацетилено – кислородным, температура которого равна +3150 °C. При этом методе закалки толщина закаленного слоя составляет 2–5 мм, твердость его такая же, как при обычной закалке. В крупносерийном и массовом производстве при установившемся технологическом процессе, когда длительное время изготавливаются одни и те же изделия из стали определенных марок, например, ведущие колеса гусеничных тракторов, используется поверхностная закалка в электролите – 14–16 %-ном водном растворе кальцинированной соды. Закаливаемое изделие присоединяют к отрицательному полюсу генератора постоянного тока и опускают в ванну с электролитом. Погруженное на заданную глубину изделие нагревается за несколько секунд, после чего ток выключают. Как правило, тот же электролит является и охлаждающей средой. При нагреве в электролите происходят электролитические и электроэрозионные процессы, которые очищают нагреваемую поверхность изделий от окисных пленок, ухудшающих теплопередачу. Скорость нагрева в электролите – до + 150 °C/с. Химико – термическая обработка Для изменения химического состава, структуры и свойств поверхностного слоя деталей осуществляется их тепловая обработка в химически активной среде, называемая химико – термической обработкой. При ней происходят следующие процессы: распад молекул и образование атомов диффундирующего элемента (диссоциация), поглощение атомов поверхностью (адсорбция) и проникновение атомов вглубь металла (диффузия). Цементация – диффузионное насыщение поверхностного слоя детали углеродом. После цементации выполняется термическая обработка – закалка и низкий отпуск. Такие детали имеют твердую закаленную поверхность, хорошо сопротивляющуюся истиранию, и вязкую сердцевину, способную выдерживать динамические нагрузки. Цементации подлежат детали из стали, содержащей до 0,3 % углерода. Поверхность деталей насыщается углеродом в 14 пределах от 0,8 до 1 % цементации, осуществляется в твердых, жидких и газообразных средах. В качестве карбюризатора в частности служит смесь древесного угля (60–90 %) и углекислых солей бария (BaCO3) и натрия (NaCO3). С повышением температуры и времени выдержки толщина цементированного слоя увеличивается, глубина его достигает 0,5–2 мм, на каждые 0,1 мм толщины слоя, требуется выдержка около 1 ч. При массовом и крупносерийном производствах хорошие результаты дает газовая цементация в специальных герметически закрытых печах. По сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе газовая цементация дает возможность повысить скорость процесса, увеличить пропускную способность оборудования и производительность труда. После цементации детали подвергают термической обработке для обеспечения высокой твердости поверхности, исправления структуры перегрева и устранения карбидной сетки в цементированном слое. Закалку производят при температуре +780–850 °C с последующим отпуском при +150– 200 °C. Нитроцементацией называется процесс химико – термической обработки, при котором происходит одновременное насыщение поверхностных слоев стальных изделий углеродом и азотом в газовой среде. После нитроцементации детали закаливают и затем подвергают низкому отпуску при температуре от +160 до +180 °C. Твердость поверхностного закаленного и нитроцементированного слоя – 60–62 HRC. При нитроцементации совмещают процессы газовой цементации и азотирования. В газовую смесь входят эндогаз, до 13 % природного газа и до 8 % аммиака. В рабочее пространство шахтной печи вводят в виде капель жидкий карбюризатор – триэтаноламин. Для легированных сталей процесс нитроцементации выполняют в атмосфере с минимальным количеством аммиака – до 3 %. Цианированный слой обладает более высоким сопротивлением износу, большей твердостью, лучшим сопротивлением коррозии, чем при цементации. Цианирование повышает также усталостную прочность Азотирование применяется с целью повышения твердости поверхности у различных деталей – зубчатых колес, гильз, валов и др. изготовленных из сталей 38ХМЮА, 38ХВФЮА, 18Х2Н4ВА, 40ХНВА и др. Азотирование – последняя операция в технологическом процессе изготовления деталей. Перед 15 азотированием проводят полную термическую и механическую обработку и даже шлифование, после азотирования допускается только доводка со съемом металла до 0,02 мм на сторону. Азотированием называется химико – термическая обработка, при которой происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя азотом. В результате азотирования обеспечиваются: высокая твердость поверхностного слоя (до 72 HRC), высокая усталостная прочность, теплостойкость, минимальная деформация, большая устойчивость против износа и коррозии. Азотирование проводят при температурах от +500 до +520 °C в течение 8–9 ч. Глубина азотированного слоя – 0,1–0,8 мм. По окончании процесса азотирования детали охлаждают до +200–300 °C вместе с печью в потоке аммиака, а затем – на воздухе. Азотированный слой не склонен к хрупкому разрушению. Твердость азотированного слоя углеродистых сталей – до 350 HV, легированных – до 1100 HV. Недостатки процесса – токсичность и высокая стоимость цианистых солей. 1.2 Чугуны Чугуны – железоуглеродистые сплавы с повышенным по сравнению со сталью содержанием углерода, с улучшенными литейными свойствами и пониженной пластичностью. 1.2.1 Серые чугуны – это сплав железа, кремния (от 1,2 до 3,5 %) и углерода (до 3,6%), содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в свободном состоянии в виде графита пластинчатой формы. Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет. Является основным литейным материалом. Характерна средняя прочность, меньшая, чем у стали, из-за графитовых включений, создающих концентрацию напряжений. Обладают удовлетворительной износостойкостью вследствие смазывающего действия графита и повышенным внутренним трением. Используют для деталей сложной конфигурации при отсутствии жестких требований к габаритам и массе. ГОСТ 1412 – 85 Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки. Для изготовления отливок предусматриваются следующие марки чугуна: СЧ10; СЧ15; СЧ20; СЧ25; СЧ30; СЧ35. По требованию потребителя для изготовления отливок допускаются марки чугуна СЧ18, СЧ21 и СЧ24. 16 Условное обозначение марки включает буквы СЧ – серый чугун и цифровое обозначение величины минимального временного сопротивления при растяжении в МПа·10 Пример условного обозначения: СЧ15 ГОСТ 1412-85 При повышенных требованиях к прочности применяют чугуны с шаровидным графитом. Их обрабатывают в расплавленном состоянии присадками магния и церия, что придает графиту шаровидную форму и тем самым сильно уменьшает внутреннюю концентрацию напряжений. Может успешно заменять стальные отливки и поковки, а также ковкий чугун. Обозначается буквами ВЧ. 1.2.2 Белые чугуны содержат до 4% углерода в связанном состоянии, характеризуются высокой твердостью (трудно обрабатываются резанием), высокой износостойкостью и жаростойкостью, высоким сопротивлением коррозии. Изготавливают детали, работающие на износ (тормозные колодки); детали, подверженные действию пламени и нагреву до высокой t; детали, подверженные химическим воздействиям. По химическому составу: нелегированные и легированные – никелевые и бористые (износостойкие), высокохромистые (износои теплостойкие), высококремнистые (кислотоупорные). Белые чугуны применяются в основном для изготовления ковких чугунов, которые получают путем отжига. 1.2.3 Ковкие чугуны получают из белых длительной выдержкой при высокой температуре (томлением). Название «ковкий» условное, из-за повышенной пластичности и вязкости, заготовки получают только отливкой, давлением не обрабатывают. Обладают хорошими литейными свойствами, повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготавливают детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д. ГОСТ 1215-79 Отливки из ковкого чугуна. В зависимости от состава микроструктуры металлической основы ковкий чугун делят на ферритный (Ф) и перлитный (П) классы. Марки: КЧ 30-6; КЧ 33-8; КЧ 35-10; КЧ 37-12 ферритного класса, характеризующегося ферритной или ферритно-перлитной микроструктурной металлической основы; КЧ 45-7; КЧ 50-5; КЧ 55-4; КЧ 60-3; КЧ 65-3; КЧ 70-2; КЧ 80-1,5 перлитного класса, характеризующегося в основном перлитной микроструктурой металлической основы. 17 Маркируется двумя буквами и двумя числами, например КЧ 37-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число – временное сопротивление разрыву (10 МПа), второе число – относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна. Пример: Отливка КЧ 30-6-Ф ГОСТ 1215-79, Отливка КЧ 60-3-П ГОСТ 1215-79 1.3 Сплавы цветных металлов 1.3.1 Латуни – двойные или многокомпонентные сплавы меди, где основным легирующим элементом является цинк. Медные сплавы обозначают начальной буквой сплава Л – латунь, после чего следуют первые буквы основных элементов, образующих сплав: О (Sn) – олово; Ж (Fe) – железо; Мц (Mn) – марганец; Ф (P) – фосфор; А (Al) – алюминий; Б (Be) – бериллий; С (Pb) – свинец; X (Cr) – хром; Н (Ni) – никель; К (Si) – кремний; Ц (Zn) – цинк. После букв следуют цифры, указывающие содержание легирующих элементов в целых процентах. В латунях не указывается содержание цинка (цинк – остальное). Примеры маркировки: Л62 – латунь содержащая меди 62%, остальное - цинк; ЛЖМц59-1-1 – латунь, содержащая 59% Cu, 1% Fe, 1% Mn, остальное цинк. Характеризуются хорошим сопротивлением коррозии, электропроводностью, достаточной прочностью и особо хорошими технологическими свойствами. Применяют для труб, гильз, проволоки, арматуры, в электрической аппаратуре. ГОСТ 15527-2004 Сплавы медно-цинковые (латуни), обрабатываемые давлением, ГОСТ 17711-93 Сплавы медно-цинковые (латуни) литейные. 1.3.2 Бронзы – сплавы меди с другими элементами (алюминием, свинцом, бериллием, кремнием и т.д.). Элементы обозначаются такими же буквами, как в латуни. Бронзы маркируют буквами Бр, цифры за буквами указывают содержание легирующих элементов. В бронзах не указывается содержание меди. Основные свойства бронз – высокая коррозионная стойкость, хорошие литейные и износостойкие свойства. Поставляются бронзы по ГОСТ 5017-2006 (бронзы оловянные, обрабатываемые давлением), ГОСТ 18175-78 (Бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением), ГОСТ 61379 (Бронзы оловянные литейные), ГОСТ 493-79 (бронзы безоловянные литейные). В конце некоторых марок литейных бронз ставят букву Л. 18 Примеры маркировки: БрБ2 – бериллиевая бронза, содержащая 2% бериллия, остальное – медь; БрА9Ж4Л – алюминиевожелезистая бронза, содержащая 9% Al, 4% Fe, остальное – медь. Некоторые бронзы имеют специальные названия: БрН20 – мельхиор (20% Ni , 80% Cu) Имеет серебристый цвет, высокую коррозионную стойкость, температура плавления 1170°С, пластичен, хорошо обрабатывается давлением (штампуется, режется, чеканится) в холодном и горячем состоянии, паяется, полируется. Применяют для изготовления посуды и недорогих ювелирных и художественных изделий. Большинство современных монет серебристого цвета изготавливают из мельхиора (обычно 75 % меди и 25 % никеля с незначительными добавками марганца), применяется в производстве высококачественных деталей морских лодок, медицинского инструмента. Внешне похож на серебро, но более прочный. БрН40 – константан (40% Ni , 60% Cu). Сплав имеет высокое удельное электрическое сопротивление (около 0,5 мкОм·м), минимальное значение температурного коэффициента электрического сопротивления, высокую термоэлектродвижущую силу в паре с медью, железом, хромелем. Коэффициент теплового расширения 14,4·10−6 °C−1. Плотность 8800…8900 кг/м3, температура плавления около 1260°C. Хорошо поддаётся обработке. Идёт на изготовление термопар, активного элемента тензодатчика, реостатов и электронагревательных элементов с рабочей температурой до 400…500 °C, измерительных приборов высокого класса точности. В зависимости от легирования бронзы называют оловянными, алюминиевыми, кремневыми, бериллиевыми и т.д. 1.3.3 Алюминиевые сплавы отличаются малым объемным весом, высокой коррозионной стойкостью, хорошо обрабатываются резанием и давлением, паяются. Ряд сплавов обладает хорошими литейными свойствами. Для некоторых марок алюминиевых сплавов удельные показатели прочности выше, чем у сталей. По технологическим свойствам различают сплавы алюминия литейные и деформируемые, а по основным компонентам: силумины – сплав алюминия с кремнием (до 14%) и дюралюмины – сплав алюминия с медью (до 5,5%) и марганцем. Принята буквенно-цифровая система маркировки. Буква, стоящая в начале, означает: А – технический алюминий; Д – дюралюминий; АК – алюминиевый сплав, ковкий; АВ – авиаль; В – высокопрочный алюминиевый сплав; АЛ – литейный алюминиевый сплав; АМг – алюминево-магниевый сплав; АМц – алюминевомарганцевый сплав; САП – спечённые алюминиевые порошки; САС – спечённые алюминиевые сплавы. Вслед за буквами идёт номер марки сплава. За номером марки сплава ставится буква, обозначающая состояние сплава: 19 М – сплав после отжига (мягкий); Т – после закалки и естественного старения; А – плакированный (нанесён чистый слой алюминия); Н – нагартованный (нагартовка – деформационное упрочнение, наклеп); П – полунагартованный. 1.3.4 Магниевые и алюминиево-магниевые сплавы – сплавы магния и алюминия с медью, никелем, кремнием, цинком и др. – отличаются малой плотностью и высокой удельной прочностью, хорошими литейными свойствами. 1.3.5 Баббиты – сплав олова (до 83%), свинца, сурьмы (Sb) и меди, используется в подшипниках скольжения в качестве антифрикционного материала; поставляются по ГОСТ 1320-74, бывают оловянные и свинцовые. 1.4 Пластмассы имеют малый объемный вес, обладают высокими теплои электроизоляционными, а также антикоррозионными свойствами, хорошей технологичностью, сравнительно невысокой стоимостью. Недостаток большинства видов пластмасс – старение (снижение прочностных свойств в течение времени), ползучесть (склонность к деформированию под нагрузкой), анизотропность. Для придания необходимых эксплуатационных свойств в состав пластмасс могут вводиться наполнители (графит, тальк, асбестовые волокна, ткани и др.). Из пластических масс изготовляют обширный ассортимент деталей и узлов машин, а также технологическую оснастку различного назначения. Область применения: зубчатые и червячные колеса; шкивы, маховички, рукоятки, кнопки, ролики, катки, бегуны; подшипники скольжения; направляющие станков, детали подшипников качения, тормозные колодки, накладки, трубы, детали арматуры, фильтры масляных и водных систем, рабочие органы вентиляторов, насосов и гидромашин, уплотнения, кожухи, корпуса, крышки, резервуары, детали приборов и автоматов точной механики, болты, гайки, шайбы, пружины, рессоры, кулачковые механизмы, клапаны, крупногабаритные элементы конструкций, емкости, лотки, электроизоляционные детали, панели, щитки, корпуса приборов, светопропускающие оптические детали (линзы, смотровые стекла и др.), литейные модели. Применяются: полиамиды, полипропилен, фторопласты, полиэтилен, поливинилхлорид, текстолит, древесные пластики, поликарбонаты, стеклопластики. 1.5 Резина и эластомеры на основе каучуков обладают высокой эластичностью, хорошими демпфирующими свойствами, технологичностью (можно получать детали практически любой конфигурации), а также: высоким сопротивлением разрыву и истиранию, газо- и водонепроницаемостью, 20 химической стойкостью, высокими электроизоляционными свойствами и малым удельным весом. К недостаткам резины относятся ее невысокая теплостойкость и малая стойкость к действию минеральных масел (за исключением специальной маслостойкой резины), кислот и щелочей. Основные виды резин. Армированной называют резину, внутрь которой введены прокладки из металлической сетки или спирали с целью повышения прочности и гибкости, что особенно важно для таких изделий, как автомобильные шины, приводные ремни, ленты транспортеров, трубопроводы и т. д. При ее приготовлении в резиновую смесь закладывают металлическую сетку, покрытую слоем латуни и обмазанную клеем, и подвергают одновременному прессованию и вулканизации. Пористые резины по характеру пор и способу получения разделяются на губчатые – с крупными открытыми порами, однородные ячеистые – с закрытыми порами и микропористые. Способ их получения основан на способности каучука абсорбировать газы и на диффузии газов через каучук. Пористая резина применяется при изготовлении амортизаторов, сидений, оконных прокладок, протекторных слоев покрышек. Твердая резина, или эбонит, имеет темно-коричневую или красную окраску, теплостойкость от 50 до 90°С, выдерживает высокое пробивное напряжение (25 – 60 кВ/мин). 2 ТОПЛИВА 2.1 Общие сведения о топливах Тепловые двигатели предназначены для преобразования тепловой энергии, образуемой при сгорании топлива, в механическую. Эти двигатели подразделяют на двигатели внешнего сгорания (класс двигателей, где источник тепла или процесс сгорания топлива отделены от рабочего тела – паровые машины и турбины, двигатель Стирлинга – преобразует в работу любую разницу температур и др.) и двигатели внутреннего сгорания. Наибольшее распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Но в последние 40…50 лет развиваются и другие группы двигателей внутреннего сгорания: реактивные, газовые турбины. Термин «топливо» не совсем уместен, т.к. бензин, дизельное топливо, газ – это горючее, т.е. компонент топлива, окисляющееся в процессе горения. Другим компонентом является окислитель, в данном случае кислород, служащий для окисления горючего. Но исторически сложилось так, что термин «топливо» используется вместо термина «горючее». 21 Топлива для тепловых двигателей должны отвечать следующим основным требованиям: 1) полностью испаряться и сгорать с максимальным выделением тепла и минимальным образованием токсичных и коррозионных активных продуктов; 2) не вызывать затруднений при транспортировании, хранении и подаче по системам питания в любых климатических условиях; 3) быть недорогими и нетоксичными. 2.2 Классификация топлив Топлива для ДВС разделяют по типу двигателя – на бензин, дизельное топливо и газ; по агрегатному состоянию – на жидкие и газообразные; по химическому составу – на углеводородные и неуглеводородные; по виду исходного сырья – на нефтяные и синтетические. Более подробная классификация жидких топлив разделяет последние на пять групп: Первая группа включает топлива для поршневых двигателей с принудительным воспламенением, т.е. карбюраторные двигатели и бензиновые двигатели с впрыском. Для этих двигателей необходимы легкоиспаряющиеся низкокипящие фракции углеводородов с температурой выкипания в пределах от 40 до 200 0С. Это автомобильные и авиационные бензины. Вторая группа. К ней относят топлива для поршневых двигателей с воспламенением от сжатия. Впрыск и распыливание в этих двигателях происходят в сильно нагретом воздухе до 700 С. При таких температурах успевают испариться и образовать горючую смесь надлежащего состава более тяжелые фракции углеводородов с температурой выкипания в пределах 180…360 0С и больше (для тихоходных двигателей). Третью группу составляют топлива для реактивных двигателей. К ним предъявляют особенно высокие требования, обусловленные необходимостью обеспечения надёжности летательных аппаратов. В группу входят керосиновые фракции углеводородов с пределами выкипания 140…280 0С. Для сверхзвуковых самолётов можно использовать и более тяжёлые фракции, выкипающие до 315 0С. Четвёртая группа включает топливо для газовых турбин (силовые установки кораблей, ж/д локомотивов и т.д., привод крупных насосных установок). Такими топливами являются тяжёлые дистиллятные фракции прямой перегонки нефти и вторичных процессов. Пятая группа - топливо для топочных устройств паросиловых установок транспортного и стационарного типов. Это тяжёлые остатки нефти после различных процессов переработки, а иногда тяжёлые нефти с малым содержанием лёгких фракций, которые экономически невыгодно перерабатывать. 2.3 Эксплуатационные свойства нефтяных топлив Под эксплуатационными свойствами понимают объективные особенности топлива, которые проявляются в процессе его применения. В понятие «применение» включены все процессы, происходящие в топливе с момента его производства до сгорания. 22 Процессу сгорания топлива предшествуют процессы его испарения, воспламенения и др. Характер поведения топлива в каждом процессе и составляет суть его эксплуатационных свойств. По рекомендации стандарта рассматривают и оценивают следующие эксплуатационные свойства топлив: 1) Испаряемость характеризует способность топлива переходить из жидкого состояния в парообразное. Это свойство формируется из таких показателей качества, как фракционный состав, давление насыщенных паров, поверхностное натяжение и т.д. Испаряемость определяет техникоэкономические и эксплуатационные характеристики ДВС. 2) Воспламеняемость характеризует особенности процесса воспламенения смесей паров топлива с воздухом. Оценка этого свойства базируется на таких показателях качества, как температура вспышки, температура самовоспламенения и др. Показатель воспламеняемости имеет такое же значение, как и горючесть топлива. 3) Горючесть определяет эффективность процесса горения топливовоздушной смеси в камерах сгорания. 4) Прокачиваемость характеризует поведение топлива при перекачках его по трубопроводам и топливным системам, а также при его фильтровании. Это свойство определяет бесперебойность подачи топлива в двигатель при разных температурах эксплуатации. Прокачиваемость оценивают вязкостнотемпературными свойствами, температурами помутнения и застывания, предельной фильтруемостью, содержанием воды, механических примесей и др. 5) Склонность к образованию отложений – это способность топлива образовывать отложения различного рода в камерах сгорания, в топливных системах, на выпускных и впускных клапанах. Имеются в виду отложения, образующиеся как при низких температурах в системах питания и смесеобразования, так и нагар, получающийся при высоких температурах в процессе сгорания топлива. Оценка этих свойств базируется на таких показателях качества топлива, как зольность, коксуемость, содержание смолистых веществ, непредельных углеводородов и т.д. 6) Коррозионная активность и совместимость с неметаллическими материалами характеризует способность топлива вызывать коррозионные поражения металлов, набухание, разрушение или изменение свойств резины, герметиков и других материалов. Это свойство предусматривает коли23 чественную оценку содержания в топливе коррозионно-активных веществ, испытание стойкости металлов, резины и герметиков при контакте с топливом. 7) Защитная способность – это способность топлива защищать от коррозии материалы при их контакте с агрессивной средой в присутствии топлива и в первую очередь защищать металлы от электрохимической коррозии при попадании воды. 8) Противоизносные свойства характеризуют уменьшение изнашиваемости трущихся поверхностей в присутствии топлива. Это свойство имеет важное значение для двигателей, у которых топливные насосы и топливорегулирующая аппаратура смазываются только самим топливом без подачи смазочного материала. Свойство оценивается показателями вязкости и самосмазывающей способностью. 9) Охлаждающая способность определяет способность топлива поглощать и отводить тепло от нагретых поверхностей. Свойство имеет значение в тех случаях, когда топливо применяют для охлаждения масла (топливомасляные радиаторы) или наружной обшивки летательных аппаратов при больших скоростях полёта. Оценка свойства базируется на таких показателях качества, как теплоёмкость и теплопроводность. 10) Стабильность характеризует сохраняемость показателей качества при хранении и транспортировке. Это свойство оценивает физическую и химическую стабильность топлива и его склонность к биологическому поражению бактериями, грибками и плесенью. Уровень данного свойства позволяет установить гарантийный срок хранения топлива в различных климатических условиях. 11) Экологические свойства характеризуют воздействие топлива и продуктов его сгорания на человека и окружающую среду. Оценка этого свойства базируется на показателях токсичности топлива и продуктов его сгорания и пожароопасности. 2.4 Бензины 2.4.1 Классификация, общие сведения об устройстве, принципе работы и особенностях бензиновых двигателях Бензиновые двигатели – это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе 24 двигателей производится, как правило, регулированием потока воздуха, посредством дроссельной заслонки. Классификация бензиновых двигателей ● по способу смесеобразования – карбюраторные и инжекторные; ● по способу осуществления рабочего цикла – четырехтактные и двухтактные; Двухтактные двигатели обладают большей мощностью на единицу объёма, однако меньшим КПД. Поэтому двухтактные двигатели применяются там, где очень важны небольшие размеры, но относительно неважна топливная экономичность, например, на мотоциклах, небольших моторных лодках, бензопилах и моторизированных инструментах. Четырёхтактные же двигатели устанавливаются на абсолютное большинство остальных транспортных средств. Следует заметить, что дизели также могут быть четырёхтактными или двухтактными; двухтактные дизели лишены многих недостатков бензиновых двухтактных двигателей, однако применяются в основном на больших судах (реже на тепловозах и грузовиках) ● по числу цилиндров – одноцилиндровые, двухцилиндровые и многоцилиндровые ● по расположению цилиндров – рядные – двигатели с вертикальным или наклонным расположением цилиндров в один ряд; – V-образные – с расположением цилиндров под углом; – оппозитные (двигатель с противолежащими цилиндрами) цилиндры расположены под углом 180°, противостоящие поршни двигаются зеркально по отношению друг к другу, следует отличать от V-образного двигателя с развалом цилиндров 180°, в котором поршни двигаются синхронно (когда один поршень находится в ВМТ, противостоящий ему находится в НМТ). Оппозитный двигатель с горизонтальным размещением цилиндров имеет более низкий центр тяжести, нежели двигатель, в котором цилиндры расположены вертикально или под углом, кроме того, оппозитное движение поршней позволяет им взаимно нейтрализовывать вибрации; – W-образные, использующие 4 ряда цилиндров, расположенных под углом с 1 коленвалом (у V-образного двигателя 2 ряда цилиндров); – звёздообразные (радиальные) – поршневой двигатель внутреннего сгорания, цилиндры которого расположены радиальными лучами вокруг одного коленчатого вала через равные углы. Звездообразный двигатель имеет небольшую длину и позволяет компактно размещать большое количество цилиндров. Нашёл широкое применение в авиации. Главное отличие звёздообразного двигателя от поршневых двигателей других типов заключается в конструкции кривошипно-шатунного механизма. Один шатун является главным (он похож на шатун обычного двигателя с рядным расположением цилиндров), остальные являются прицепными и крепятся к главному шатуну по его периферии (такой же принцип применяется в некоторых V-образных двигателях). Недостатком конструкции звездообразного двигателя является возможность протекания масла в нижние цилиндры во время стоянки, в связи с чем требуется перед запуском двигателя убедиться в отсутствии масла в нижних цилиндрах. Запуск двигателя при наличии масла в нижних цилиндрах приводит к гидроудару и поломке кривошипно-шатунного механизма. Четырёхтактные звездообразные моторы обычно имеют нечётное число цилиндров в отсеке – это позволяет давать искру в цилиндрах «через один». Возможна работа и с чётным количеством 25 цилиндров (чаще всего – при расположении цилиндров в несколько рядов), но для обеспечения плавного хода их число не может быть степенью числа 2. ● по способу охлаждения – на двигатели с жидкостным или воздушным охлаждением ● по типу смазки – смешанный тип (масло смешивается с топливной смесью) и раздельный тип (масло находится в картере) ● по виду применяемого топлива – бензиновые и многотопливные; ● по степени сжатия. В зависимости от степени сжатия различают двигатели высокого (E=12…18) и низкого (E=4…9) сжатия; ● по способу наполнения цилиндра свежим зарядом: двигатели без наддува (атмосферные), у которых впуск воздуха или горючей смеси осуществляется за счет разрежения в цилиндре при всасывающем ходе поршня; двигатели с наддувом, у которых впуск воздуха или горючей смеси в рабочий цилиндр происходит под давлением, создаваемым турбокомпрессором, с целью увеличения заряда воздуха и получения повышенной мощности и КПД двигателя; ● по частоте вращения: тихоходные, повышенной частоты вращения, быстроходные. Рабочий цикл четырехтактного двигателя 1) Впуск. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь. 2) Сжатие. Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степень сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с бо́льшим октановым числом, которое дороже. 3) Сгорание и расширение (рабочий ход поршня). Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение 26 зажигания необходимо для того, чтобы основная масса бензовоздушной смеси успела воспламениться к моменту, когда поршень будет находиться в ВМТ (процесс воспламенения является медленным процессом относительно скорости работы поршневых систем современных двигателей). При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством, центробежным вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель. В более современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику. В этом случае используется датчик положения коленчатого вала, работающий обычно по емкостному принципу. 4) Выпуск. После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала. Преимущества четырехтактных двигателей: бо́льший ресурс, бо́льшая экономичность, более чистый выхлоп, не требуется сложная выхлопная система, меньший шум, не требуется добавление масла к топливу. Рабочий цикл двухтактного двигателя В двухтактном двигателе рабочий цикл полностью происходит в течение одного оборота коленчатого вала. При этом от цикла четырёхтактного двигателя остаётся только сжатие и расширение. Впуск и выпуск заменяются продувкой цилиндра вблизи нижней мёртвой точки поршня, при которой свежая рабочая смесь вытесняет отработанные газы из цилиндра. 27 Более подробно цикл двигателя устроен следующим образом: когда поршень идёт вверх, происходит сжатие рабочей смеси в цилиндре. Одновременно, движущийся вверх поршень создаёт разрежение в кривошипной камере. Под действием этого разрежения открывается клапан впускного коллектора и свежая порция топливовоздушной смеси (как правило, с добавкой масла) засасывается в кривошипную камеру. При движении поршня вниз давление в кривошипной камере повышается и клапан закрывается. Поджиг, сгорание и расширение рабочей смеси происходят так же, как и в четырёхтактном двигателе. Однако, при движении поршня вниз, примерно за 60° до НМТ открывается выпускное окно (в смысле, поршень перестаёт перекрывать выпускное окно). Выхлопные газы (имеющие ещё большое давление) устремляются через это окно в выпускной коллектор. Через некоторое время поршень открывает также впускное окно, расположенное со стороны впускного коллектора. Свежая смесь, выталкиваемая из кривошипной камеры идущим вниз поршнем, попадает в рабочий объём цилиндра и окончательно вытесняет из него отработавшие газы. При этом часть рабочей смеси может выбрасываться в выпускной коллектор. При движении поршня вверх свежая порция рабочей смеси засасывается в кривошипную камеру. Можно заметить, что двухтактный двигатель при том же объёме цилиндра, должен иметь почти в два раза большую мощность. Однако, полностью это преимущество не реализуется, из-за недостаточной эффективности продувки по сравнению с нормальным впуском и выпуском. Мощность двухтактного двигателя того же литража, что и четырёхтактный больше в 1,5 – 1,8 раза. Преимущества двухтактных двигателей: отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения, бо́льшая мощность в пересчёте на 1 литр рабочего объёма, проще и дешевле в изготовлении, проще в ремонте, отсутствие блока клапанов и распределительного вала, меньший вес, лучше разгон. КПД бензинового двигателя составляет 25…30%. Тем не менее, для того чтобы повысить КПД бензинового двигателя, принимаются определенные меры. Например, на один цилиндр могут устанавливаться два впускных и выпускных клапана, вместо конструкции, когда размещается один впускной и один выпускной клапан. Кроме того, в некоторых двигателях на каждую свечу устанавливается отдельная катушка зажигания. Управление дроссельной 28 заслонкой во многих случаях осуществляется с помощью электропривода, а не обыкновенным тросиком. В качестве топлива для ДВС с искровым зажиганием применяются автомобильные бензины. Сравнительная характеристика параметров работы бензиновых и дизельных четырехтактных двигателей Четырехтактный Четырехтактный Параметр бензиновый дизельный двигатель двигатель 1. Такт впуска разрежение до разрежение до - давление над поршнем 0,07…0,09 МПа 0,08…0,09 МПа - температура в камере 75…125°с 40…70°с 2. Такт сжатия - давление в конце такта 0,9…1,5 МПа 3…6 МПа - температура смеси в конце такта 270…480°с 450…650°с - давление после воспламенения 3,0…4,5 МПа 6,0…9,0 МПа - температура после воспламенения 2 200…2 500°с 1 600…1 900°с 3. Рабочий ход - давление к концу такта 0,3…0,4 МПа 0,2…0,4 МПа - температура в конце такта 900…1 200°с 700…900°с 4. Такт выпуска - давление к концу такта 0,11…0,12 МПа 0,11…0,12 МПа - температура в конце такта 600…900°с 600…700°с Всего предусмотрено три режима работы бензинового инжекторного двигателя: 1) Режим сгорания сверхбедной смеси (впрыск топлива на такте сжатия). Этот режим используется при малых нагрузках: при спокойной городской езде и при движении за городом с постоянной скоростью (до 120 км/ч). Топливо впрыскивается компактным факелом в конце такта сжатия в направлении поршня, отражается от него, смешивается с воздухом и испаряется, направляясь в зону свечи зажигания. Хотя в основном объеме камеры сгорания смесь чрезвычайно обеднена, заряд в районе свечи достаточно обогащен, чтобы воспламениться от искры и поджечь остальную смесь. В результате двигатель устойчиво работает даже при общем соотношении воздуха и топлива в цилиндре 40:1. 2) Мощностной режим (впрыск на такте впуска). Так называемый "режим однородного смесеобразования" используется при интенсивной городской езде, высокоскоростном загородном движении и обгонах. Топливо 29 впрыскивается на такте впуска коническим факелом, перемешиваясь с воздухом и образуя однородную смесь, как в обычном двигателе с распределенным впрыском. Состав смеси – близок к стехиометрическому (14,7:1). 3) Двухстадийный режим (впрыск на тактах впуска и сжатия). Этот режим позволяет повысить момент двигателя в том случае, когда водитель, двигаясь на малых оборотах, резко нажимает педаль акселератора. Когда двигатель работает на малых оборотах, а в него вдруг подается обогащенная смесь, вероятность детонации возрастает. Поэтому впрыск осуществляется в два этапа. Небольшое количество топлива впрыскивается в цилиндр на такте впуска и охлаждает воздух в цилиндре. При этом цилиндр заполняется сверхбедной смесью (примерно 60:1), в которой детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается компактная струя топлива, которая доводит соотношение воздуха и топлива в цилиндре до "богатого" 12:1. Детонационная стойкость характеризует способность автомобильных бензинов противостоять самовоспламенению при сжатии. Высокая детонационная стойкость топлив обеспечивает их нормальное сгорание на всех режимах эксплуатации двигателя. Процесс горения топлива в двигателе носит радикальный характер. При сжатии рабочей смеси температура и давление повышаются и начинается окисление углеводородов, которое интенсифицируется после воспламенения смеси. При нормальном сгорании процесс протекает плавно с почти полным окислением топлива и скоростью распространения пламени 10...40 м/с. Если углеводороды несгоревшей части топлива обладают недостаточной стойкостью к окислению, начинается интенсивное накапливание перекисных соединений, а затем их взрывной распад. При высокой концентрации перекисных соединений происходит тепловой взрыв, который вызывает самовоспламенение наиболее удаленной от запальной свечи оставшейся части бензино-воздушной смеси и сопровождается возникновением ударной волны. Скорость распространения пламени возрастает и достигает 1500...2000 м/с. Наблюдается так называемое детонационное сгорание. Одновременно в цилиндре двигателя в два раза повышается давление и увеличивается температура. Внешне детонация проявляется в появлении характерных звонких металлических стуков – результата многократных отражений от стенок камеры сгорания образующихся ударных волн. Работа 30 двигателя с детонацией вызывает его перегрев, падение мощности, увеличение расхода топлива, повышенный износ деталей цилиндро-поршневой группы, увеличение дымности выхлопа, может привести к залеганию поршневых колец, прогоранию поршней и прокладки головки цилиндров, обгоранию клапанов. Возникновению детонации способствует повышение степени сжатия, увеличение угла опережения зажигания, повышенная температура окружающего воздуха и его низкая влажность, особенности конструкции камеры сгорания. Вероятность детонационного сгорания топлива возрастает при наличии нагара в камере сгорания и по мере ухудшения технического состояния двигателя. Калильное зажигание (КЗ). Рабочая смесь в конце такта сжатия готова к воспламенению, поэтому создаются условия для самопроизвольного, неуправляемого воспламенения независимо от времени подачи искры зажигания. Источником воспламенения могут служить перегретые клапана, свечи, кромки прокладок, тлеющие частички нагара и т.д. КЗ нарушает протекание процесса сгорания, снижает мощность, ухудшает топливную экономичность. КЗ принципиально отличается от ДС, хотя в условиях работы ДВС тесно переплетаются. Сгорание смеси после КЗ протекает с нормальными скоростями и может не сопровождаться детонацией. Пути борьбы с ним улучшение конструкций камеры сгорания и введение присадок, изменяющих свойства образующегося нагара. Наиболее распространены фосфорные присадки, например трикрезилфосфат. 2.4.2 Эксплуатационные характеристики бензинов Детонационную стойкость оценивают октановым числом, с увеличением которого детонационная стойкость повышается. Чем выше степень сжатия, тем выше склонность двигателя к детонации и тем большее октановое число должен иметь бензин. Увеличение степени сжатия повышает мощность двигателя и в то же время позволяет обеспечить надёжную устойчивую работу двигателя на более бедной смеси, т.е. работа такого двигателя становится более экономичной. В качестве эталонного топлива используют смесь двух углеводородов – изооктана (С8Н18) и нормального гептана (С7Н16). Смесь паров гептана с воздухом при сильном сжатии легко детонирует, поэтому качество гептана как топлива считается нулевым. Изооктан, будучи 31 разветвленным углеводородом, устойчив к детонации, и его качество принимают равным 100 единицам. Октановое число определяют следующим образом. Готовят смесь из н-гептана и изооктана, которая по своим характеристикам эквивалентна испытуемому бензину. Процентное содержание изооктана в этой смеси и есть октановое число бензина. Существуют горючие жидкости с более высокими антидетонационными характеристиками, чем изооктан. Добавки таких жидкостей позволяют получить бензин с октановым числом более 100. Для оценки октанового числа выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца Pb(C2H5)4. Известно, что это вещество уже в очень малых концентрациях значительно повышает октановое число бензина. Зная, сколько тетраэтилсвинца надо добавить в бензин, чтобы повысить его октановое число на одну единицу, несложно приготовить из изооктана стандартные смеси с октановым числом 101, 102 и т.д. В лабораторных условиях октановое число автомобильных бензинов и их компонентов определяют на одноцилиндровых моторных установках УИТ-85 или УИТ-65. Склонность исследуемого топлива к детонации оценивается сравнением его с эталонным топливом, детонационная стойкость которого известна. Октановое число на установках определяется двумя методами: моторным (по ГОСТ 511—82) и исследовательским (по ГОСТ 8226—82). Методы отличаются условиями проведения испытаний. Испытания по моторному методу проводят при более напряженном режиме работы одноцилиндровой установки, чем по исследовательскому. Поэтому октановое число, определенное моторным методом, обычно ниже октанового числа, определенного исследовательским методом. 32 Октановое число, полученное моторным методом в большей степени характеризует детонационную стойкость топлива при эксплуатации автомобиля в условиях повышенного теплового форсированного режима. Октановое число, полученное исследовательским методом, больше характеризует бензин при работе на частичных нагрузках в условиях городской езды. Разницу между октановыми числами бензина, определенными двумя методами, называют чувствительностью бензина. Наибольшей чувствительностью (9-12 ед.) отличаются бензины каталитического крекинга и каталитического риформинга, содержащие непредельные ароматические углеводороды. Менее чувствительны (1-2 ед.) к режимам работы двигателя алкилбензин и прямогонные бензины, состоящие из парафиновых и изопарафиновых углеводородов. Чем выше октановое число, тем более стоек бензин перед детонацией и тем лучшими эксплуатационными качествами он обладает. ОЧ можно определить по формуле: ОЧ=125,4 – 413/ε+0,183D, где ε – степень сжатия, D – диаметр цилиндра. Для автомобильных двигателей применяют бензины А-80, АИ-92, АИ95, АИ-98. Буква «А» в марке бензина означает, что этот бензин автомобильный, буква «И» - что октановое число определяют по исследовательскому методу, а цифры – минимальное значение октанового числа, если буквы «И» нет, то ОЧ определено по моторному методу. При исследовательском методе ОЧ на 5…8 единиц выше, чем при моторном. Повысить ОЧ топлива можно тремя способами: 1) применением современных технологий, например каталитического крекинга и риформинга (дорого, надо вкладываться в реконструкцию производственных мощностей); 2) добавлением в базовые бензины высокооктановых компонентов (изооктан, бензол, этиловый спирт, которые обладают ОЧ по моторному методу около 100 ед. Таких компонентов добавляют в базовый бензин до 40 %, значительно повышая его детонационную стойкость); 3) добавлением антидетонаторов, т.е. химических соединений, которые при очень незначительной их концентрации в топливе (десятые доли грамма на 1 кг топлива) существенно увеличивают его детонационную стойкость. Это наиболее эффективный и экономически выгодный способ. 33 Действие антидетонационной присадки основано на замедлении процесса образования гидроперекисей и перекисей и их расщепления. Антидетонационные присадки Наиболее эффективными и дешевыми антидетонационными присадками являются органические соединения свинца – тетраэтилсвинец (ТЭС) и тетраметилсвинец. ТЭС представляет собой густую бесцветную и ядовитую жидкость с температурой кипения 200°С. ТЭС хорошо растворяется в углеводородах и плохо в воде. Он ингибирует образование перекисных соединений в топливе, понижая вероятность детонации. ТЭС не применяют в чистом виде, поскольку образующийся металлический свинец осаждается на стенках цилиндров двигателя, что приводит к отказу последнего. По этой причине в смеси с ТЭС вводят так называемые выносители, которые образуют с металлическим свинцом летучие соединения. Выносители обычно представляют собой хлор- или бромсодержащие соединения. Смесь ТЭС и выносителя называют этиловой жидкостью, а бензин, содержащий добавки этиловой жидкости, – этилированным. Этиловая жидкость очень эффективна в повышении антидетонационных свойств топлив. Добавка долей процента этиловой жидкости в бензин позволяет увеличить его октановое число на 5 – 10 пунктов. Самая эффективная концентрация ТЭС составляет 0,5 – 0,8 г на 1 кг бензина. Более высокие концентрации ведут к повышению токсичности топлива, тогда как детонационная стойкость возрастает незначительно. С ростом содержания ТЭС также может снижаться надежность работы двигателя из-за накопления свинца в камере сгорания. Если в топливе содержится сера, то эффективность ТЭС резко снижается, поскольку образующийся сернистый свинец препятствует разложению перекисей. При хранении этилированных бензинов их детонационная стойкость уменьшается в результате разложения ТЭС. Этот процесс ускоряется при наличии в топливе воды, осадков, смол, хранении при повышенной температуре и др. Кроме того, ТЭС повышает токсичность, меняет температуру сгорания топлива, что приводит к закоксовыванию поршневых колец, клапанов и отложениям на стенках цилиндров. Антидетонаторы на основе ТЭС в Российской Федерации запрещены ГОСТ Р 51105-97, который регламентирует производство только неэтилированных бензинов. В Европе и других развитых стран от ТЭС также отказались с введением норм Euro 2. В качестве антидетонационных присадок эффективны два соединения на основе марганца: циклопентадиенилтрикарбонилмарганец (ЦТМ) C5H5Mn(CO)3 и метилциклопентадиенилтрикарбонилмарганец (МЦТМ) СH3C5H4Mn(CO)3. Первый представляет собой кристаллический порошок желтого цвета, второй – прозрачную маловязкую жидкость янтарного цвета с травянистым запахом, температурой кипения 233°С, плотностью 1,3884 г/см3 и температурой застывания 1,5°С. МЦТМ хорошо растворим в бензине и практически нерастворим в воде. Оба эти соединения мало отличаются по эксплуатационным свойствам и имеют примерно одинаковую эффективность. В пересчете на общее количество присадок марганцевые соединения не отличаются по эффективности от ТЭС, однако в пересчете на содержание металла они эффективнее. При этом токсичность марганцевых присадок в 300 раз ниже. Их недостатком, однако, является разложение на свету, что ведет к потере антидетонационных свойств. Несмотря на высокую эффективность их применение ограничено требованиями экологичности. В качестве антидетонаторов представляют интерес пентакарбонил железа, диизобутиленовый комплекс пентакарбонила железа и ферроцен. Эффективность пентакарбонила железа Fe(CO)5 была обнаружена в 1924 году. Он представляет собой светложелтую жидкость с характерным запахом (плотность 1,457 г/см3, температура кипения 102,2°С, температура плавления 20°С). Его применяли в 1930-е годы в Германии в концентрации 2-2,5 мл/кг. Затем, однако, его использование было прекращено ввиду того, что при его сгорании образовывались оксиды железа, нарушавшие работу свечей зажигания. При этом увеличивался износ стенок цилиндра двигателя. Прирост октанового числа в случае Fe(CO)5 на 15-20% ниже, чем при использовании этиловой жидкости. Его недостатком также является склонность к быстрому разложению на свету до нерастворимого карбонила Fe(CO)9. Диизобутиленовый 34 комплекс пентакарбонила железа [Fe(CO)5]3[C8H16]5 представляет собой жидкость с плотностью 0,955 г/см3 и температурой кипения 27-32°С, хорошо растворимую в бензине. По антидетонационной стойкости он близок пентакарбонилу железа. Ферроцен (С5H5)2Fe — это легковоспламеняющийся кристаллический порошок оранжевого цвета (температура плавления 174°С, кипения 249°С, разложения 474°С). Он полностью растворим в бензине и обладает большей антидетонационной стойкостью, чем другие соединения железа. Ферроцен и его производные можно использовать в составе бензинов всех марок при концентрации железа не более 37 мг/мл. Железосодержащие присадки способны увеличить октановое число на 3—6 единиц. Концентрацию ферроцена ограничивают по двум причинам. Вопервых, из-за образования окислов железа, которые остаются в виде нагара на частях двигателя образуя «ржавый» нагар в цилиндрах, способствуют выходу из строя свечей, а также накапливаются в масле. Во-вторых, из-за повышения склонности бензина к смолообразованию. Соединения азота. Анилин С6H5NH2 представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с температурой кипения 184°С и температурой плавления -6°С. Анилин является ядовитым соединением и обладает ограниченной растворимостью в бензине. На воздухе он окисляется и темнеет. При низких температурах смеси анилина с бензином подвержены расслоению, поэтому в чистом виде анилин как антидетонатор не применяется. Ароматические амины обладают высоким антидетонационным эффектом, но к применению допущен только монометиланилин (N-метиланилин) — С6H5NHCH3. Он представляет собой маслянистую жидкость желтого цвета с плотностью 0,98 г/см3, растворимую в бензинах, спиртах и эфирах. Октановое число по исследовательскому методу 280-350. Однако ароматические амины обладают существенным недостатком — они склонны к смолообразованию и влекут увеличение износа деталей двигателя. Независимо от химической природы антидетонатора его концентрация в топливе по той или иной причине ограничена, что ведет к ограниченному приросту октанового числа. Кроме того, прирост октанового числа нелинейно зависит от концентрации добавки и для каждого антидетонатора существует максимальная концентрация, выше которой он уже не проявляет дополнительного эффекта. Октановое число и теплота сгорания некоторых горючих жидкостей Как видно из таблицы октановое число никак не связано с мощностными характеристиками и в частности с теплотой сгорания. Даже если вы зальете в 35 свой авто бензин с ОЧ 120 или более, ничего не произойдет, ваше скромное средство передвижения не превратиться в спортивный болид. Если у вас форсированный двигатель вам нужно высокооктановое топливо для стабильной работы и тогда вы получаете большую мощность, но никак не наоборот. Эксплуатационные свойства бензина также определяются испаряемостью, т.е. его способностью переходить из жидкого в парообразное состояние при конкретных условиях. Этот показатель характеризует пусковые свойства, полноту его сгорания и способность к образованию газовых пробок в системе питания двигателя. Плотность бензина влияет на уровень его в поплавковой камере карбюратора и экономичность работы двигателя. Уменьшение плотности влечёт за собой повышение его уровня и перерасход топлива при работе двигателя. Наличие в бензине кислот, щелочей, серы, сернистых соединений, а также загрязнённость его механическими примесями определяют надёжность и долговечность работы двигателя. Давление насыщенных паров характеризует испаряемость головных фракций бензинов, и в первую очередь их пусковые качества, т. е. представляет собой максимальную концентрацию паров топлива в воздухе, при которой устанавливается равновесие между паром и жидкостью. Таким образом, чем выше давление насыщенных паров бензина, тем легче он испаряется, и тем быстрее происходят пуск и нагрев двигателя. Однако если бензин имеет слишком высокое давление насыщенных паров, то он может испаряться до смесительной камеры карбюратора. Это приведет к ухудшению наполнения цилиндров, возможному образованию паровых пробок в системе питания и снижению мощности, перебоям и даже остановке двигателя, в том числе увеличиваются потери от испарения при хранении в баках автомобилей и на складах. Поэтому давление насыщенных паров бензина устанавливается таким, чтобы при хорошем его испарении не образовывались паровые пробки в системе питания двигателя. Определение давления насыщенных паров выполняется при температуре 38 °С. Стандартом ограничивается верхний предел давления паров: летом – до 67 кПа и зимой – от 67 до 93 кПа. Температура 38 °С является показателем безопасности при заливке и перевозке топлива в баке автомобиля. 36 Европейский стандарт EN 228 регламентирует уровень давления летом от 35 до 70 кПа и зимой от 55 до 90 кПа. Фракционный состав устанавливает зависимость между количеством топлива (в процентах по объему) и температурой, при которой оно перегоняется. Для характеристики фракционного состава в стандарте указывается температура, при которой перегоняется 10, 50 и 90 % бензина, а также температура конца и начала его перегонки. Фракционный состав является важнейшим показателем бензина, оказывающим влияние не только на качество смесеобразования, но и на работу двигателя в целом. Так, для надежного пуска холодного двигателя необходимо наличие низкокипящих углеводородов, содержание которых контролируется температурами начала перегонки (tнк) и разгонки первых 10 % бензина (t10). Она должна быть не выше 70 °С. Для зимнего бензина предусмотрено выкипание пусковых фракций до 55 °С, что обеспечивает пуск холодного двигателя при температуре окружающего воздуха до –20…–25 °С. После пуска двигатель должен быстро прогреться, что связано с температурой разгонки 50 % бензина (t50). Она находится в пределах 100…115 °С. Этот же показатель определяет и хорошую приемистость двигателя – способность обеспечить быстрый разгон автомобиля при резком открытии дроссельной заслонки. Полное испарение бензина в двигателе определяется температурами перегонки 90 % (t90) и конца разгонки (tкк) соответственно 185…195 °С и 215…220 °С. При чрезмерном повышении этих температур тяжелые фракции бензина не успевают испариться и попадают в цилиндры (свыше 200 °С). В результате бензин сгорает не полностью, мощность двигателя падает, а его топливная экономичность ухудшается. Кроме того, происходит разжижение моторного масла и его смывание тяжелыми фракциями с трущихся поверхностей, следствием чего являются повышенные износы деталей двигателя. Теплота сгорания во многом определяет мощностные и экономические показатели работы двигателя. Чем выше теплота сгорания, тем меньше удельный расход топлива, либо, при том же расходе, вам будет казаться, что мощность вашего автомобиля повысилась, т.к. при горении выделиться больше энергии. Теплота сгорания зависит от углеводородного состава бензинов, а для различных углеводородов она, в свою очередь, определяется соотношением углерод : водород. Чем выше это соотношение, тем ниже теплота сгорания. Наибольшей теплотой сгорания обладают парафиновые 37 углеводороды и соответственно бензины прямой перегонки и алкил бензин, наименьшей — ароматические углеводороды и содержащие их бензины каталитического риформинга. Теплота сгорания экспериментально определяется калориметрически, путём сжигания навески топлива в атмосфере кислорода. Теплота, выделяющаяся при горении топлива, поглощается водой. Зная массу воды, по изменению ее температуры вычисляют теплоту сгорания. 2.4 Дизельные топлива 2.4.1 Краткие сведения об устройстве, принципе работы и особенностях дизельных двигателей В 1824 году Сади Карно формулирует идею цикла Карно, утверждая, что в максимально экономичной тепловой машине нагревать рабочее тело до температуры горения топлива необходимо «изменением объёма», то есть быстрым сжатием. В 1890 году Рудольф Карл Дизель (18.03.1858 – 30.09.1913) предложил свой способ практической реализации этого принципа, а в 1892 он запатентовал дизельный двигатель. В 1898 г. он продемонстрировал двигатель, который работал на арахисовом масле и имел КПД 26%. Это более чем вдвое превышало КПД паровых двигателей того времени. В своей основе конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако, из-за более высоких давлений в цилиндрах на циклах сжатия и расширения, аналогичные детали должны быть прочнее аналогичных деталей бензиновых двигателей и, следовательно, тяжелее. Хон на поверхности зеркала цилиндра более грубый, а твёрдость зеркал цилиндров выше. Головки поршней специально разрабатываются под особенности процессов сгорания и рассчитаны на повышенную степень сжатия. Рабочий цикл. В дизельном двигателе свечи зажигания отсутствуют. В отличие от бензинового, в камеры сгорания дизельного двигателя подается не топливная смесь, а чистый воздух и за счет сжатия этого воздуха и происходит воспламенение впрыскиваемого топлива. При первом такте движения поршня вниз втягивается воздух через открытый впускной клапан. При втором такте, так называемом сжатии, воздух, втянутый в цилиндр, сжимается поршнем, который движется вверх. Степень сжатия составляет от 14:1 до 24:1 (у бензинового 12:1). При этом процессе воздух разогревается до температуры 500…800°с. В конце такта сжатия форсунка впрыскивает топливо в нагретый воздух при давлении от 250 (при обычном механическом впрыске) до 2500 бар 38 (25…250 МПа; 247…2171 атм, в бензиновом до 11 МПа). К началу третьего такта (рабочего хода) мелко распыленное топливо самовоспламеняется и на протяжении всего такта сгорает в цилиндре почти полностью. Высвобождаемая при этом энергия давит на поршень. Поршень снова движется вниз, преобразуя химическую энергию в механическую работу. Во время четвертого такта (выпуска) отработавшие газы вытесняются движущимся вверх поршнем через открытый выпускной клапан. После этого двигатель снова начинает всасывать воздух для нового рабочего цикла. В дизельном двигателе может использоваться и двухтактный цикл. За счет этих особенностей в дизельном двигателе отсутствуют не только свечи, но и вся система зажигания, что существенно упрощает конструкцию и увеличивает надежность. В противовес этому топливная система дизельного двигателя гораздо сложнее бензинового. В основном из-за высокого давления в системе и повышенных требований к точности топливоподачи. Два основных элемента топливной системы дизеля – это ТНВД (топливный насос высокого давления) и форсунки. ТНВД обеспечивает подачу топлива от топливного бака, через фильтр к форсункам. Форсунки впрыскивают топливо в камеры сгорания в нужное время и в нужном количестве. Система Commonrail (коммонрэйл) – это система топливоподачи в дизельных двигателях, которая была изобретена сравнительно недавно. Суть в том, что ТНВД подает топливо не на каждую форсунку непосредственно, а в общую рампу. Далее современные электронные форсунки забирают топливо из рампы и впрыскивают непосредственно в цилиндры. Вся система управляется электроникой и позволяет осуществлять впрыск с высочайшей точностью. В результате удалось избавить дизельные двигатели от многих недостатков, присущих предыдущим поколениям. Современные дизельные двигатели по своим характеристикам вплотную приблизились к бензиновым, а во многом и превзошли их. Современные дизельные двигатели обычно имеют КПД до 40 – 45 %, некоторые малооборотные крупные двигатели – свыше 50 %. Дизельный двигатель из-за особенностей рабочего процесса не предъявляет жестких требований к испаряемости топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла. А чем тяжелее топливо и чем выше содержание атомов углерода в его молекулах, тем выше его теплотворная способность (калорийность), тем выше эффективность двигателя. 39 Свечи в дизельном двигателе все-таки есть и называются они свечами накаливания, их задача – разогреть камеру сгорания для облегчения холодного пуска, то есть это, по сути, просто нагревательный элемент. Достоинства современных дизельных двигателей: ● низкий расход топлива (экономичность) – современные дизельные двигатели расходуют на 30% меньше топлива, чем бензиновые конкуренты последнего поколения. Это связано с тем, что в дизельном двигателе степень сжатия воздуха можно доводить до больших величин, чем в бензиновом. Как следствие температура отработанных газов в первом случае составляет 600 – 700°С, а во втором 800 – 1100 °С. Таким образом, с отработанными газами в дизельном двигателе уходит меньше тепла. ● высокий крутящий момент на низких оборотах – сгорание впрыскиваемого в цилиндр топлива происходит по мере впрыска, поэтому дизельный двигатель выдаёт высокий вращающий момент при низких оборотах, что делает автомобиль более «отзывчивым» в движении. По этой причине и ввиду более высокой экономичности в настоящее время большинство грузовых автомобилей оборудуются дизельными двигателями. Это является преимуществом также и в двигателях морских судов, так как высокий крутящий момент при низких оборотах делает более лёгким эффективное использование мощности двигателя. Для повышения мощности и крутящего момента на дизельный двигатель устанавливается турбина – это устройство, которое принудительно подает воздух в камеры сгорания с большой скоростью и в сжатом виде. Чем больше воздуха в единицу времени поступает, тем больше топлива может сгореть. Таким образом, тот же самый двигатель, оснащенной турбиной, может выдать заметно больше мощности и крутящего момента. В действие турбина приводится за счет выхлопных газов. Интеркуллер (промежуточный охладитель) – это устройство, которое охлаждает воздух выдаваемый турбиной перед подачей его в камеры сгорания. За счет этого удается еще более усилить горение и «снять» с двигателя несколько дополнительных лошадиных сил. ● высокий КПД – для дизельного мотора КПД равен 40%, а более модернизированные силовые агрегаты с промежуточным охлаждением и турбонадувом превышают отметку в 50%, что даёт более высокую топливную эффективность. 40 ● простота конструкции и высокая надежность; Дизель не нуждается в регулировках системы зажигания, т.к. ее нет, отсюда вытекает следующее преимущество дизелей – они не боятся воды. ● большой моторесурс – в 1,5…2 раза выше, чем у бензиновых аналогов. Отчасти это объясняется тем фактом, что во время сжатия в цилиндрах дизеля присутствует только воздух, который не смывает со стенок цилиндра масло, в отличие от бензиновых двигателей, в которых в момент сжатия в цилиндрах находится горючая смесь, смывающая масляную пленку со стенок цилиндров. ● низкое содержание окиси углерода в выхлопных газах; ● малая вероятность возгорания – дизельное топливо нелетучее, к тому же нет искровой системы зажигания. Вместе с высокой топливной экономичностью это стало причиной широкого их применения на танках, поскольку в повседневной небоевой эксплуатации уменьшался риск возникновения пожара в моторном отделении из-за не являющихся редкостью утечек топлива. Недостатки современных дизельных двигателей: ● высокая чувствительность к качеству топлива – что особенно актуально при низких температурах. Это связанно не с конструкцией двигателя, а с составом топлива, которое при низких температурах теряет текучесть. Также они крайне чувствительны к загрязнению топлива механическими частицами и водой. ● небольшой рабочий диапазон – дизельный двигатель не может развивать высокие обороты – топливо не успевает догореть в цилиндрах, для возгорания требуется время инициации, что на максимальных эксплуатационных режимах приводит к выбросу облаков сажи. ● большой вес – высокая механическая напряженность вынуждает использовать более массивные детали, что утяжеляет двигатель. Это снижает удельную мощность двигателя и послужило причиной малого распространения дизельных двигателей в авиации. ● высокая стоимость – как самого двигателя, так и его обслуживания и ремонта. Во-первых, для современных дизельных моторов периодичность ТО сокращена почти в два раза по сравнению с бензиновыми аналогами. Вовторых, для диагностики и ремонта современных дизелей необходимо дорогостоящее оборудование. Следовательно, стоимость этих операций тоже будет высокая. Топливная аппаратура дороже и существенно сложнее в ремонте, так как и форсунки и ТНВД являются прецизионными устройствами. 41 2.4.2 Дизельное топливо Ди́зельное то́пливо (устар. соляр, разг. солярка, соляра) – жидкий продукт, использующийся как топливо в дизельном двигателе внутреннего сгорания. Обычно под этим термином понимают топливо, получающееся из керосиновогазойлевых фракций прямой перегонки нефти. Название «солярка» происходит из немецкого Solaröl (солнечное масло) – так ещё в 1857 году называли более тяжёлую фракцию, образующуюся при перегонке нефти. Фракция названа так в связи с желтоватым цветом. Советская нефтеперерабатывающая промышленность выпускала продукт "Соляровое масло ГОСТ 1666-42 и ГОСТ 1666-51". Этот продукт был предназначен для применения в качестве топлива для среднеоборотных (600…1000 об/мин.) дизельных двигателей, широко использовался и в разговорной речи назывался "соляркой". Соляровое масло непригодно для применения в качестве топлива для быстроходных дизельных двигателей. Основные эксплуатационные показатели дизельного топлива: ● цетановое число, определяющее высокие мощностные и экономические показатели работы двигателя; Цетановое число (ЦЧ) – число, соответствующее воспламеняемости дизельного топлива от сжатия в цилиндре двигателя по периоду задержки самовоспламенения (ПЗС) после впрыска. Это свойство дизтоплива – показатель воспламеняемости дизельного топлива (чем оно больше, тем больше воспламеняемость и меньше ПЗС); определяется испытанием на моторной установке – численное значение ЦЧ равно процентному содержанию цетана (ЦЧ=100) в его смеси с альфа-метилнафталином (ЦЧ=0), воспламеняемость которой эквивалентна испытуемому дизтопливу. ЦЧ связано с низкотемпературными характеристиками дизтоплива – чем меньше ЦЧ, тем ниже температура застывания. Температура вспышки, определённая по ASTM D93, для дизельного топлива должна быть не выше 70 °C. От величины цетанового числа зависят пусковые качества при холодном пуске, скорость прогрева двигателя и равномерность его работы, а также дымность и экологичность выхлопных газов. Поэтому зимние и летние дизтоплива имеют разные ЦЧ. Цетановое число арктического дизтоплива находится на грани жесткой работы дизеля. Мягкой работой двигателя жертвуют для обеспечения возможности его пуска, прохождения дизтоплива через фильтры, прокачиваемости по топливной системе и т.д. Для дизтоплива производимого в России ЦЧ обычно равно 45. ЦЧ дизтоплива зависит от его химического 42 состава. Запуск и плавная работа дизелей в летний период осуществимы на топливе с цетановым числом 40-45 единиц, а в зимний период – с цетановым числом 50-65 единиц. Чаще всего вместо цетанового числа, определение которого стоит относительно дорого, используют дизельный индекс (diesel index) и цетановый индекс (cetane index). При эксплуатации двигателя в условиях низких температурах окружающего воздуха, желательно использовать дизельное топливо с более высоким цетановым числом. Тем не менее, следует иметь в виду, что топливо с цетановым числом выше 55 приводит к увеличению дымности выхлопа. Слишком низкое цетановое число применяемого топлива усложняет запуск двигателя, приводит к выделению большого количества дыма, делает нестабильной работу двигателя на холостом ходу. Топливо с цетановым числом выше 55 может привести к неконтролируемому разгону двигателя или его нестабильной работе. ● фракционный состав, определяющий полноту сгорания, дымность и токсичность отработавших газов двигателя; ● вязкость и плотность, обеспечивающие нормальную подачу топлива, распыливание в камере сгорания и работоспособность системы фильтрования; Вязкость. Этот параметр важен для процессов нагнетания топлива и его последующего впрыска. Влияет также на смазывающие характеристики. Низкая вязкость топлива приводит к быстрому износу топливного насоса и форсунок. Напротив, высокая вязкость топлива усложняет холодный запуск, а также неблагоприятно сказывается на топливоподводящей системе, приводя к трещинам головок форсунок и подтеканию топлива. При высокой вязкости может быть затруднен процесс регулировки подачи топлива. Плотность топлива является его энергетическим показателем. Чем выше плотность топлива, тем больше энергии вырабатывается в процессе его сгорания и, соответственно, возрастают показатели эффективности и экономичности. ● низкотемпературные свойства, определяющие функционирование системы питания при отрицательных температурах окружающей среды и условия хранения топлива; Температура помутнения. При понижении температуры наружного воздуха может быть нарушена нормальная подача дизельного топлива по системе питания двигателя на участке бак - насос высокого давления. Такое нарушение и даже полное прекращение подачи неизбежно наступают 43 вследствие кристаллизации высокоплавких углеводородов, в первую очередь нормальных парафинов. При этом топливо не теряет текучесть, в то же время микрокристаллы проникают только через фильтр грубой очистки. Они, задерживаясь на фильтрующем элементе в фильтре тонкой очистки, образуют непроницаемую для топлива пленку высокоплавких углеводородов, в результате чего подача топлива прекращается. Чаще всего это проявляется при пуске и прогреве дизеля, так как в подкапотном пространстве на какой-то период еще сохраняется низкая температура. Бесперебойная подача обеспечивается при температуре помутнения топлива не менее чем на 5° С ниже температуры окружающей среды. Точкой закупорки называют минимальную температуру, при которой дизельное топливо способно протекать в канал диаметром 45 мкм. Эта характеристика тесно связана с показателем температуры помутнения. Понижение температуры до этой точки приводит к закупорке топливных фильтров из-за начавшегося процесса кристаллизации парафина. ● степень чистоты, характеризующая надежность работы фильтров грубой и тонкой очистки, а также цилиндро-поршневой группы двигателя; Содержание воды и твердых взвешенных частиц. Некоторое количество воды может попасть в топливо в неполном баке ввиду процессов конденсации из-за перепада температур. Необходимо своевременно производить замену топливных фильтров, а также фильтрующих элементов топливного насоса и подводящих топливных патрубков. При регулярном использовании предварительно неотфильтрованного топлива с большим содержанием посторонних взвесей рекомендуется производить смену фильтров чаще, чем того требуют инструкции по эксплуатации. Повышенное содержание в топливе водных фракций и твердых взвешенных частиц существенно снижает срок службы фильтров и всей системы подачи топлива в целом. Вода отслаивается при хранении дизтоплива и собирается внизу, так как плотность дизтоплива меньше 1 кг/л. Водяная пробка в магистрали полностью блокирует работу двигателя. Несгораемые шлаки. Практически в любом дизельном топливе содержится некоторое количество несгораемых, трудно фильтруемых металлических молекулярных включений, называемых шлаками. Коэффициент фильтруемости. Исключительно важный параметр, характеризующий наличие в дизельном топливе механических примесей, 44 воды, смолистых веществ и парафинов, влияющих на эффективность и надежность работы топливной аппаратуры. Он определяется по степени засорения тарированного бумажного фильтра после пропускания через него 20 мл топлива при атмосферном давлении. По ГОСТу коэффициент фильтруемости дизельного топлива должен быть не менее 3,0. У дизтоплива высшего сорта коэффициент фильтруемости не превышает 2,0. Как вы понимаете, особенно чувствительны к чистоте топлива дизели зарубежного производства. Срок службы бумажных топливных фильтров сильно зависит от степени загрязнения топлива. По некоторым данным, при изменении коэффициента фильтруемости от 3,0 до 2,0 срок службы фильтров увеличивается более чем вдвое. Посторонние примеси в топливе. Некоторые посторонние вещества присутствуют в топливе изначально (например, сера), другие появляются после нефтепереработки. В дизтопливе могут размножаться микроводоросли и бактерии! Если микроорганизмы сильно размножатся, они могут засорить топливную систему и вывести из строя форсунки и насосы. Это случается, если цистерны топливозаправщиков не проходят регулярную обработку. В перечне работ, выполняемых при обслуживании топливных цистерн, обязательно должны быть предусмотрены меры по предотвращению размножения микроорганизмов. И все же следует точно убедиться, прежде чем применять средства уничтожения микроорганизмов, что они не повлияют отрицательно на полезные свойства дизтоплива. Еще одно вещество, оказывающее отрицательное влияние на качества дизтоплива, – это парафин. Он ухудшает сгорание и засоряет систему питания. Для растворения парафина в солярку иногда добавляют спирт, но делать это категорически не рекомендуется! Смесь спирта с дизельным топливом взрывоопасна! Кроме того, добавка небольшого количества спирта ухудшит смазывающую способность. Надо отметить также, что при добавлении спирта увеличивается цетановое число топлива. ● температура вспышки, определяющая условия безопасности применения топлива в дизелях; Температурой вспышки дизельного топлива называется та температура, при которой пары топлива, залитого в закрытый тигель (от нем. Tiegel — горшок, — это ёмкость для нагрева, высушивания, сжигания, обжига или плавления различных материалов), вспыхивают при поднесении пламени. Температура вспышки дизельного топлива является показателем, 45 гарантирующим пожарную безопасность при его хранении, применении и транспортировке, но не влияющим на работу двигателя. В двигателях, которые эксплуатируются в закрытых помещениях, а также в пожароопасных местах, применяется топливо с повышенной температурой вспышки. По ГОСТ 305-82 дизельное топливо является общего назначения и применения, и имеет температуру вспышки не менее 40°С. Для топлива, применяемого в судовых и тепловозных двигателях, горных машин температура вспышки не менее 60°С. Такое топливо имеет ограничение по использованию. Температура вспышки дизельного топлива при его выборе не является определяющим показателем, но при удовлетворительных основных эксплуатационных свойствах предпочтение отдается топливам с более высокой температурой вспышки, исходя из условий безопасности. ● наличие сернистых соединений, непредельных углеводородов и металлов, характеризующие нагарообразование, коррозию и износ. Содержание серы. Дизельное топливо обычно содержит некоторое количество сернистых соединений, влияющих на общие показатели кислотности топлива, работу выхлопной системы и ее коррозионную стойкость. Использование топлива с большим содержанием серы приводит к необходимости повышения смазывающих характеристик для компенсации процессов кислотной коррозии. Использование такого топлива существенно снижает срок службы катализаторов и узлов выхлопной системы. Категорически не рекомендуется использовать марки топлива, содержание сернистых соединений в которых превышает рекомендованные величины. Следует иметь в виду, что в дизельном топливе помимо стабильных соединений могут присутствовать активные соединения серы, значительно усиливающие процессы коррозии. Чрезмерное содержание в дизельном топливе сернистых соединений приводит к быстрой коррозии поверхностей форсунок, поршневых колец и подшипников. Что, в свою очередь, сокращает требуемые интервалы между выполнением профилактических и ремонтных работ. Использование топлива с содержанием серы более 0,5% в массовых долях влечет за собой необходимость применения масел с показателем TBN более 10, а это, в свою очередь, сокращает сроки службы заменяемых элементов системы смазки. Каталитические элементы и некоторые элементы выхлопной системы могут быть полностью выведены из строя даже при непродолжительном использовании топлива с высоким содержанием 46 сернистых соединений. Особенно неблагоприятное влияние на коррозионную стойкость внутренних частей двигателя оказывают активные соединения серы. ● Смазывающие характеристики. Смазывающая способность – характеристика жидкости, обеспечивающая гидродинамическую и граничную смазку двигающихся частей. Топливо с низким содержанием сернистых соединений и низкой вязкостью обладает более низкой смазывающей способностью. Использование топлива с недостаточными смазывающими свойствами может привести к быстрому износу или заклиниванию движущихся частей элементов топливной системы. В России свойства ДТ регламентируются ГОСТ 305-82* Летнее дизельное топливо. Плотность: не более 860 кг/м³. Температура вспышки: 62 °C. Температура застывания: −5 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—360 °C. Рост температуры конца выкипания приводит к усиленному закоксовыванию форсунок и дымности. Зимнее дизельное топливо. Плотность: не более 840 кг/м³. Температура вспышки: 40 °C. Температура застывания: −35 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—340 °C. Также зимнее дизельное топливо получается из летнего дизельного топлива добавлением депрессорной присадки, которая снижает температуру застывания топлива, однако слабо меняет температуру предельной фильтруемости. Кустарным способом в летнее дизельное топливо добавляют до 20 % керосина ТС-1 или КО, при этом эксплуатационные свойства практически не меняются. Арктическое дизельное топливо. Плотность: не более 830 кг/м³. Температура вспышки: 35 °C. Температура застывания: −50 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180…320 °C. Пределы кипения арктического топлива примерно соответствуют пределам выкипания керосиновых фракций, поэтому данное топливо — по сути утяжеленный керосин. Однако чистый керосин имеет низкое цетановое число 35…40 и недостаточные смазывающие свойства (сильный износ ТНВД). Для устранения данных проблем в арктическое топливо добавляют цетаноповышающие присадки и минеральное моторное масло для улучшения смазывающих свойств. Более дорогой способ получения арктического дизельного топлива – депарафинизация летнего дизельного топлива. 2.3 Альтернативные виды топлива Процесс массового внедрения альтернативных видов топлива (АВТ) неизбежен, так как определяется объективными причинами ограниченности запасов нефти в мире и возрастающими требованиями по экологии. Наибольшие перспективы, особенно в нашей стране, имеют те альтернативные виды топлива, исходную основу которых составляет природный газ. Как 47 моторное топливо массового использования, природный газ имеет наилучшие перспективы. Проблема создания АВТ обусловлена следующими глобальными соображениями: - альтернативные виды топлива, как правило, экологически безопасны, при горении обеспечивают меньше выбросов, усиливающих смог, загрязнение воздуха, способствующих глобальному потеплению; - большинство АВТ производится из неисчерпаемых, возобновляемых ресурсов и запасов; - использование АВТ позволяет любому государству повысить энергетическую независимость и безопасность; - разработка АВТ имеет достаточно продолжительную историю. 2.3.1 Классификация альтернативных видов топлива По составу: углеводородно-кислотные (в первую очередь этиловые и метиловые спирты), эфиры, эстеры (сложные эфиры, образующиеся при соединении кислот со спиртами), водородные топлива с добавками. По агрегатному состоянию: жидкие, газообразные, твердые. По объемам использования: полностью, в качестве добавок. По источникам сырья для производства: из угля, торфа, сланцев, биомассы, горючего газа, твердых промышленных отходов, электрической энергии и др. По мнению специалистов, основными видами альтернативного топлива принято считать: природный газ (компримированный, сжатый, сжиженный, охлажденный); - газовый конденсат (жидкие смеси высококипящих углеводородов); - диметилэфир (синтетическое преобразование газа в жидкое состояние); - шахтный метан; - этанол и метанол (простейшие спирты: метиловый СН3ОН и этиловый СН3СН2ОН). - электрическую энергию; - биодизельное топливо («биодизель»), биотопливо, биогаз; - воздух; - водород; - воду. 48 Рисунок 2.1 – Классификация альтернативных видов топлива Для перспективного производства и применения различных альтернативных моторных топлив должны быть следующие условия: - наличие достаточных сырьевых ресурсов при приемлемых техникоэкономические показателях их добычи и переработки; - технологическая и энергетическая совместимость с любыми транспортными силовыми установками; - благоприятные экономические и экологические показатели процесса топливоиспользования; - относительная безопасность и безвредность. По сравнению с традиционными углеводородными топливами альтернативные виды топлива: - имеют, как правило, более низкую теплотворную способность; - часто содержат такие примеси, как фосфаты, хлор и тяжелые металлы; - большинство альтернативных видов топлива обычно используют одновременно, использование ископаемого топлива обычно ограничено одним или двумя видами; - альтернативные и ископаемые виды топлива имеют различные характеристики горения; - физические и химические свойства альтернативных видов топлива значительно отличаются от аналогичных характеристик ископаемых видов 49 топлива. Теоретически главный претендент на достойную замену ископаемых видов топлива - водород, потому что он в принципе неисчерпаем, и представляет абсолютно чистый вид энергии. Водород целесообразно использовать в первую очередь в так называемых топливных элементах. 2.3.2 Газообразные топлива По физическому состоянию горючие газы делятся на две группы: сжатые и сжиженные. Если критическая температура углеводородов ниже обычных температур при эксплуатации автомобилей, то их применяют в сжатом виде, а если выше – то в сжиженном виде под давлением 1,5...2,0 МПа. Требования к газообразным топливам: ● обеспечение хорошего смесеобразования; ● высокая калорийность горючей смеси; ● отсутствие коррозии и коррозионных износов; ● минимальное образование отложений во впускном и выпускном трактах; ● сохранение качества при хранении и транспортировании; ● низкая стоимость производства и транспортирования. Сжиженные газы. Основные компоненты – пропан С3Н8, бутан С4Н10. Получают из попутных нефтяных газов, из газообразных фракций при переработке нефтепродуктов и каменных углей. Поэтому они получили название сжиженных нефтяных газов. Для их обозначения часто используют аббревиатуру «СНГ». Критические температуры пропана (+97°С) и бутана (+126°С) выше температуры окружающей среды, поэтому их легко можно перевести в жидкое состояние. При +20°С пропан сжижается при 0,716, а бутан - при 0,103 МПа. СНГ хранят под давлением 1,6 МПа. Давление насыщенных паров СНГ изменяется от 0,27 МПа при -10°С до 1,6 МПа при +45°С. СНГ имеет высокий коэффициент теплового расширения. Повышение температуры на 1°С влечет за собой рост давления в газовом баллоне на 0,6...0,7 МПа, что может привести к его разрушению. Поэтому в баллонах предусматривается паровая подушка объемом не менее 10% полезной емкости. Промышленность выпускает СНГ для автомобилей двух марок: 50 ● СПБТЗ - смесь пропана и бутана техническая зимняя; ● СПБТЛ - ... летняя. В состав СНГ добавляют специальные вещества (одоранты), имеющие сильный запах, т.к. СНГ не имеет ни цвета не запаха, и обнаружить их утечку сложно. Для этой цели используют этилмеркаптан C2H4SH, имеющий резкий неприятный запах, который ощущается уже при концентрации 0,19 г на 1000 м3 воздуха. Иногда утечку удается определить на слух или с помощью приборов. Эксплуатационные свойства автомобилей с газовыми двигателями, работающими на СНГ, в сравнении с автомобилями, работающими на бензине, оцениваются следующим образом: ● пусковые качества до -5°С равноценны; при более низких температурах запуск холодного двигателя затруднен; ● показатели динамичности автомобиля ухудшается на 5...8%; ● повышается мощность и улучшается топливная экономичность двигателей, так как детонационная стойкость СНГ выше (04 выше 100 единиц), чем у бензина, и можно форсировать двигатель по степени сжатия; ● снижается токсичность отработавших газов: по окиси углерода – в 3...4 раза, по окислам азота – в 1,2...2,0 раза, по углеводородам – в 1,2...1,4 раза; ● периодичность смены масла увеличивается в 2,0...2,5 раза; ● межремонтный ресурс двигателя увеличивается в 1,4...2,0 раза; ● трудоемкость ТО и Р возрастает на 3...5%, но эти затраты перекрываются экономией от увеличения межремонтного ресурса двигателей. В настоящее время выпускаются газобаллонные автомобили двух типов: со специальными двигателями, предназначенными для работы на СНГ и имеющими резервную систему питания для кратковременной работы на бензине; с универсальными двигателями, допускающими работу как на СНГ, так и на бензине (у автомобилей этой группы мощность снижается примерно на 10%). Сжатые газы. Основные компоненты – метан СН4, окись углерода СО и водород Н2. Получают из горючих газов различного происхождения – природных, попутных нефтяных, коксовых и других. Их называют сжатыми природными газами или СПГ. Содержание метана в СПГ составляет 40... 82%. Критическая температура метана составляет -82°С, поэтому без 51 охлаждения СПГ перевести в жидкое состояние нельзя. Существует две марки СПГ – А и Б, которые отличаются содержанием метана и азота. Газобаллонные установки для СПГ рассчитаны на работу при давлении 19,6 МПА. Баллоны для СПГ изготавливаются толстостенными и имеют большую массу. Так, батарея из 8 50-литровых баллонов весит более 0,5 т. Следовательно, существенно снижается грузоподъемность автомобиля. Кроме того пробег автомобиля на одной заправке при работе на СПГ в 2 раза меньше, чем на бензине. Более перспективна криогенная технология хранения СПГ в сжиженном виде. Метан легче воздуха, поэтому при утечках скапливается в верхней части помещения. Метан имеет высокую детонационную стойкость, поэтому двигатели можно форсировать по степени сжатия. СПГ воспламеняется в камере сгорания при температуре 635...645°С, что значительно выше температуры воспламенения бензина. Это затрудняет пуск двигателя, особенно при низких температурах воздуха. В то же время по опасности воспламенения и пожароопасносности они значительно безопаснее бензина. Преимущества СПГ перед бензинами: ● повышается срок службы моторного масла в 2,0...3,0 раза; ● увеличивается ресурс двигателя на 35...40% вследствие отсутствия нагара на деталях цилиндро-поршневой группы; ● увеличивается на 40% срок службы свечей зажигания; ● на 90% снижается выброс вредных веществ с отработавшими газами, особенно СО. Недостатки СПГ: ● цена автомобиля возрастает примерно на 27%; ● трудоемкость ТО и ТР возрастает на 7...8; ● мощность двигателя снижается на 18...20%, время разгона увеличивается на 24...30%, максимальная скорость уменьшается на 5...6%, максимальные углы преодолеваемых подъемов уменьшаются на 30...40%, эксплуатация автомобиля с прицепом затрудняется; ● дальность поездки на одной заправке не превышает 200...250 км; ● грузоподъемность автомобиля снижается 9...14%. С учетом достоинств и недостатков автомобилей, работающих на СПГ, определена область их рационального использования - перевозки в крупных городах и прилегающих к ним районах. 52 2.3.3 Биотопливо Биотопливо – это топливо, получаемое из биологического сырья, как правило, в результате различной переработки биологических или промышленных отходов. В настоящее время в равной степени получили распространение: жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (биогаз, водород). На практике биотоплива разделяют по поколениям: - биотопливо первого поколения изготавливают из сахара, крахмала, растительного масла и животного жира. Основным источником его производства являются различные семена или зерна; - биотопливо второго поколения производится из биомассы, состоящей из остаточных, непищевых растений, таких как стебли, листья, шелуха, просо, ятрофа (непищевые растения) и производственного мусора. Технологии производства биотоплива второго поколения позволяют также извлекать полезное сырье из древесной или волокнистой биомассы, содержащих целлюлозу и лигнин и представляющих собой составные углеводы (молекулы, основанные на сахаре). Из сахаров в результате брожения получается лигноцеллюлозный этанол, который на 90% уменьшает выбросы парниковых газов. Лигнин используется для получения тепловой энергии; - биотопливо третьего поколения производится в основном из водорослей. Принципиальная разница между биотопливом второго и первого поколений заключается в возможности использования более широкого спектра биомасс, в том числе и относительно дешевых. Эти источники включают в первую очередь непищевую биомассу, предназначенную для получения энергии растения, и иные ресурсы из биомассы: солома и отходы лесозаготовок и деревообработки и т.д. Своеобразную революцию в биоэнергетике связывают с открытием филаментозного гриба, способного преобразовывать целлюлозу в сбраживаемый сахар. 53 3 СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Разнообразие машин, механизмов, сочленений и деталей, а также условий их работы обусловливает применение множества разнообразных видов, сортов и марок смазочных материалов. Их можно разделить на следующие основные группы: минеральные масла, пластичные (консистентные) смазочные материалы, твердые смазочные покрытия и присадки. 3.1 Минеральные масла 3.1.1 Общие сведения По преимущественным областям применения минеральные смазочные масла делят на группы: индустриальные – для смазывания разнообразных механизмов; моторные – для смазывания двигателей внутреннего сгорания; трансмиссионные – для смазывания передач; компрессорные – для смазывания компрессоров; приборные – для смазывания точных механизмов и приборов и др. Такое деление является условным. Особую группу составляют консервационные масла с защитными присадками для предохранения от коррозии труднодоступных внутренних поверхностей. Назначение смазывания:  снижение трения и износа трущихся деталей за счет создания на их поверхностях прочной масляной пленки;  уплотнение зазоров в сопряжениях (повышение компрессии за счет уплотнения плунжерных соединений, амортизация ударных нагрузок, снижение шума и вибрации)  отвод тепла от трущихся деталей;  удаление продуктов износа из зон трения;  защита рабочих поверхностей трущихся деталей от коррозии продуктами окисления масла и сгорания топлива;  предотвращение всех видов отложений (нагары, лаки, зольные отложения). 3.1.2 Основные характеристики масел 1) Вязкость – это мера трения между слоями жидкости, характеризует текучесть и определяет силу сопротивления масляной пленки разрыву. При высоких температурах оценивают кинематическую вязкость, при низких – динамическую. Кинематическая вязкость по своей сути определяет способность масла течь и затекать. Динамическая – характеризует 54 сопротивление сдвигу, когда масло густеет (это сила сопротивления двух слоев смазочного материала площадью 1 см2, отстоящих друг от друга на расстоянии 1 см и перемещающихся один относительно другого со скоростью 1 см/с). Вязкость кинематическая определяется как отношение динамической вязкости к плотности жидкости. Кинематическую вязкость в технической системе единиц измеряют в Стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт), а в системе СИ (м2/с) или (мм2/с). Единицей измерения динамической вязкости в технической системе является Пуаз (П). В системе СИ динамическую вязкость измеряют в Паскаль-секундах (Па∙с). Соотношение с единицами в системе СИ таково: 1 Па∙с = 10 П или 1 мПа∙с = 1 сП; 1 Ст = 10 -4 м2/с = 1 см2/с или 1 сСт = 1 мм2/с. В настоящее время кинематическую вязкость по классификации ISO 344875 определяют при температуре 40°С и 100°С. Вязкость масла в значительной степени зависит от давления. Это имеет особое значение при смазывании механизмов, работающих с большими удельными нагрузками и высоким давлением в узлах трения, что должно учитываться при конструировании и расчетах механизмов. Требуемый уровень вязкости в рабочих условиях положительно сказывается на смазывающих свойствах масла: между поверхностями трения создается прочный смазочный слой. При высоком давлении вязкость может возрасти настолько, что масло потеряет свойства жидкости и превратится в квазипластичное тело. При давлении более 10(15) Па нефтяное масло превращается в твердое тело. При снятии нагрузки первоначальная вязкость восстанавливается. Вязкость масел при всех температурах с увеличением давления растет неодинаково и тем значительнее, чем выше давление и ниже температура. Кинематическая вязкость моторных масел, используемых в смазочных системах автомобильных двигателей, равна 4-14 мм2/с при 100 °С. С понижением температуры она быстро увеличивается, достигая при –18 °С значения 10000 мм2/с и более. Масла с кинематической вязкостью 4-8 мм2/с используют в зимнее время, с вязкостью 10-14 мм2/с – летом. Индекс вязкости – относительная величина, показывающая степень изменения вязкости в зависимости от температуры. Индекс вязкости рассчитывают по значениям кинематической вязкости при 40 и 100 °С или находят по таблицам. Индекс вязкости 85 и выше указывает на хорошие вязкостнотемпературные свойства. Для гидравлических систем современного 55 оборудования необходимы масла с индексом вязкости более 100 и загущенные масла с индексом вязкости 110-200. Этот показатель особенно важен для масел, применяемых в условиях, когда при изменении рабочих температур недопустимо даже незначительное изменение вязкости (например, для гидравлических систем, высокоскоростных механизмов, для гидродинамических направляющих скольжения и др.). 2) Температура застывания – это предельная температура, при которой масло теряет подвижность, определяется в статических условиях (в пробирке) и не характеризует надежно подвижность масла при низкой температуре в условиях эксплуатации. Характеристикой подвижности масел при низкой температуре служит вязкость при соответствующей температуре, верхний предел которой зависит от условий эксплуатации и конструкции механизмов. Применение присадок позволяет снизить температуру застывания масел. Данные по температуре застывания масел необходимы при проведении нефтескладских операций (слив, налив, хранение). 3) Температура вспышки – температура, при которой пары масла образуют с воздухом смесь, воспламеняющуюся при поднесении к ней пламени. Характеризует огнеопасность масла и указывает на наличие в нем низкокипящих фракций. Ее определяют в приборах открытого и закрытого типа. В открытом приборе температура вспышки нефтяных масел на 20-25°С выше, чем в закрытом. 4) Зольность – количество неорганических примесей, остающихся от сжигания навески (некоторая порция вещества определенной массы, Взвесили на весах, завернули в бумажку, вот и навеска) масла, выраженное в процентах к массе масла. Высокая зольность масел без присадок указывает на недостаточную их очистку, т.е. на наличие в них различных солей и несгораемых механических примесей, и содержание зольных присадок в легированных маслах. Обычно зольность масел составляет 0,002-0,4% (масс). 5) Содержание механических примесей, воды, селективных растворителей и водорастворимых кислот и щелочей. По этим показателям контролируют качество масел при их производстве, а также при определении их срока службы для оценки пригодности его для дальнейшего применения (отсутствие или определенная норма в маслах загрязнений и веществ, агрессивных по отношению к металлическим поверхностям). 6) Цвет – показатель степени очистки и происхождения нефтяных масел. Некоторые присадки, вводимые в масла, ухудшают их цвет. Изменение цвета 56 масел в процессе эксплуатации косвенно характеризует степени их окисления или загрязнения. 7) Кислотное число также характеризует степень очистки нефтяных масел (без присадок) и отчасти их стабильность в процессе эксплуатации и хранения. В присутствии присадок увеличивается кислотное число и в то же время повышается стабильность масел при длительной эксплуатации и хранении. 8) Содержание серы зависит от природы нефти, из которой выработано масло, а также глубины его очистки. При применении процессов гидрооблагораживания содержание серы в масле указывает на глубину процесса гидрирования. В очищенных маслах из сернистых нефтей сера содержится в виде органических соединений, не вызывающих в обычных условиях коррозии черных и цветных металлов. Агрессивное действие серы возможно при высоких температурах, например, при использовании масел в качестве закалочной среды, контактирующей с раскаленной поверхностью металла. Масла с присадками, в состав которых входит сера, содержат больше серы, чем базовые масла. Серосодержащие присадки вводят в масло для улучшения его смазывающих свойств. 9) Антиокислительная стабильность масел в процессе эксплуатации и хранения – одна из важных характеристик их эксплуатационных свойств. По антиокислительной или химической стабильности определяют стойкость масла к окислению кислородом воздуха. Все нефтяные масла, соприкасаясь с воздухом при высокой температуре, взаимодействуют с кислородом и окисляются. Недостаточная антиокислительная стабильность масел приводит к быстрому их окислению, сопровождающемуся образованием растворимых и нерастворимых продуктов окисления (органических кислот, смол, асфальтенов и др.). При этом в масле появляются осадки в виде шлама, нарушающие циркуляцию масла в системе и образующие агрессивные продукты, которые вызывают коррозию деталей машин. Срок службы масла при окислении значительно сокращается, повышается его коррозивность, ухудшается способность отделять воду и растворенный воздух. На окисление масла влияют многие факторы: температура, пенообразование, содержание воды, органических кислот, металлических продуктов изнашивания и других загрязнений. 10) Защитные (консервационные) свойства определяют способность масел предотвращать агрессивное действие на детали машин органических 57 кислот, содержащихся в маслах и образующихся в результате окисления при наличии влаги, попадающей в масла в процессе эксплуатации (конденсация из воздуха, охлаждающая вода и др.), а также веществ, агрессивных по отношению к некоторым металлам. Коррозия черных металлов возникает при попадании в масло воды, а коррозия цветных металлов и сплавов вызывается действием органических кислот, образующихся при окислении масла и некоторых присадок. Вода, а также частицы продуктов коррозии стимулируют коррозионную агрессивность органических кислот. Кроме того, попадая в зону трения, частички продуктов коррозии действуют как абразив и повышают интенсивность изнашивания. Коррозия цветных металлов усиливается с повышением температуры. Защитные свойства улучшаются при введении в масло маслорастворимых ингибиторов коррозии, антикоррозионных присадок, которые препятствуют контакту металла с влагой и органическими кислотами. 11) Смазывающие (антифрикционные) свойства характеризуют способность масел улучшать работоспособность поверхностей трения путем максимального уменьшения износа и трения. Они оцениваются показателем износа, антифрикционными и противозадирными свойствами. Смазывающие свойства масел позволяют судить об их способности предотвращать любой вид удаления материала с контактирующих поверхностей (умеренный износ, задир, выкрашивание, коррозионно-механический, абразивный и др.). При работе узлов и механизмов в условиях гидродинамического режима трения требования по смазывающим свойствам обеспечиваются нефтяными маслами соответствующей вязкости без присадок. При работе узлов и механизмов в условиях граничной смазки смазывающие свойства масел не обеспечиваются естественным составом нефтяных масел. Для предотвращения износа и заедания в масло вводят соответствующие присадки, которые на поверхности трения при определенных температурах создают защитные пленки. 12) Антипенные свойства оценивают способность масел выделять воздух или другие газы без появления пены. Образование пены приводит к потерям масла, увеличению его сжимаемости, ухудшению смазывающей и охлаждающей способностей, вызывает более интенсивное окисление масла. Способность противостоять вспениванию особенно важна для масел, используемых в гидравлических системах и для смазывания высокоскоростных механизмов, так как при их контакте с атмосферой при обычной температуре содержание растворенного воздуха достигает 8-9% (об.). 58 13) Деэмульгирующие свойства свидетельствуют о способности масла обеспечить быстрый отстой воды. Масла с плохими деэмульгирующими свойствами при обводнении образуют стойкие водомасляные эмульсии. При этом уменьшается вязкость масла, ухудшаются условия трения, металлические поверхности подвергаются коррозии, повышается температура застывания и т.д. Эти свойства нефтяных масел улучшаются введением в них деэмульгаторов. 3.1.3 Основные виды присадок 1) Антиокислительные присадки приостанавливают реакцию окисления и исключают каталитическое воздействие примесей на металлические поверхности. 2) Моющие (противопригарные) присадки (детергенты и дисперсанты) очищают двигатель и препятствуют образованию нагаров. 3) Противокоррозионные присадки обеспечивают образование на металлических поверхностях пленки, предотвращающей коррозию. 4) Противоизносные присадки образуют на смазываемых поверхностях пленку, предотвращающую непосредственное соприкосновение металлических поверхностей. 5) Противозадирные присадки образуют вместе со смазываемыми металлическими поверхностями химическую пленку, которая эффективно предотвращает задиры. 6) Противопенные присадки предотвращают вспенивание масел за счет снижения поверхностного напряжения, при этом образующиеся воздушные пузыри легко лопаются. 7) Присадки, снижающие температуру застывания и улучшающие вязкостно-температурные свойства масел (депрессоры) – предотвращают слипание парафиновых кристаллов и застывание масла. 8) Присадки, улучшающие индекс вязкости – это высокомолекулярные полимеры, которые замедляют повышение вязкости при понижении температуры. 3.1.4 Классификация моторных масел Самой распространённой системой классификации моторных масел стала SAE (Society of Automotive Engineers – американская Ассоциация Автомобильных Инженеров). Классификация SAE J-300 содержит 6 зимних и 5 летних классов моторных масел. Зимние классы имеют в обозначении букву 59 "W", первую в слове Winter - зима. Чем больше число, входящее в обозначение класса, тем выше вязкость масел, относящихся к нему. Классы вязкости SAE OW, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W относятся к зимним, SAE 20, 30, 40, 50, 60 - к летним. Масла, имеющие класс вязкости больше, чем SAE 60, относятся к трансмиссионным. Всесезонные масла, обладающие одновременно свойствами одного из зимних классов и одного из летних имеют двойное обозначение, например SAE 10W-30, SAE 15W-40 и т.п. Американский Институт Нефтепродуктов (API - American Petroleum Institute) и его европейский аналог – CCMC, с недавнего времени замененный ACEA разработали систему классификации, позволяющую подобрать сорт масла, соответствующий возрасту вашего автомобиля и типу его двигателя. Классификация API различает масла для бензиновых и для дизельных двигателей. Первым соответствует буква S, например - SG, SH или SJ, при этом вторая буква говорит о более высоком уровне. Так, класс SJ был широко введен в широкую практику только в прошлом году, заменив господствовавший до этого SH. Дизельные масла несут обозначения из двух букв, первая из которых всегда C: CC, CD, CF, CG. Последняя в этом ряду комбинация считается самой передовой, хотя многие все еще классифицированы как CF-2, CF-4 или CD. Большинство из мировых производителей выпускают универсальные масла, пригодные как для дизельных, так и для бензиновых двигателей. В этом случае в классификации по API у них стоит сочетание индексов, например SH/CD, SF/CC или SJ/CF. Классификация качества SJ присуждается только самым дорогим маслам на синтетической основе. Классификация моторных масел согласно ГОСТ 17479.1-85 подразделяет их на классы по вязкости и группы по значению и уровням эксплуатационных свойств. ГОСТ 17479.1-85 предусмотрено обозначение моторных масел, сообщающее потребителю основную информацию об их свойствах и области применения. Стандартная марка включает следующие знаки: букву М (моторное), цифру или дробь, указывающую класс или классы вязкости (последнее для всесезонных масел), одну или две из первых шести букв алфавита, обозначающих уровень эксплуатационных свойств и область применения данного масла. Универсальные масла обозначают буквой без индекса или двумя разными буквами с разными индексами. 60 Индекс 1 присваивают маслам для бензиновых двигателей, индекс 2 – дизельным маслам. Так, марка М-6З/10В указывает, что это моторное масло всесезонное, универсальное для среднефорсированных дизелей и бензиновых двигателей (группа В); М-4З/8-В2Г1 – моторное масло всесезонное, универсальное для среднефорсированных дизелей (группа В2) и высокофорсированных бензиновых двигателей (группа Г1); М-14Г2(цс) – моторное масло класса вязкости 14, предназначенное для высокофорсированных дизелей без наддува или с умеренным наддувом. В данном случае после основного обозначения в скобках указана дополнительная характеристика области применения ("цс" означает циркуляционное судовое); аналогично М-14Д (цл20) – моторное масло для высокофорсированных дизелей с наддувом, работающих в тяжелых эксплуатационных условиях, (цл20) – применимое в циркуляционных и лубрикаторных смазочных системах и имеющее щелочное число 20 мг КОН/г. 3.1.5 Классификация индустриальных масел Масла, предназначенные для смазывания промышленного оборудования, выделяют в самостоятельную группу и им присваивают общее условное наименование «Индустриальные масла». В отличие от моторных, трансмиссионных и других масел специального назначения их обозначают буквой «И». Обозначение индустриальных масел включает группу знаков, разделенных между собой дефисом. Первая буква «И», вторая прописная буква определяет принадлежность к группе по назначению, третья прописная буква – принадлежность к подгруппе по эксплуатационным свойствам и четвертый знак – цифра – характеризует класс по кинематической вязкости. По назначению индустриальные масла делят на 4 группы: Группа «Л» («F» по ISO 6743/0-81) – легконагруженные узлы (шпиндели, подшипники и сопряженные с ними соединения), Группа «Г» («H» по ISO 6743/0-81) – гидравлические системы, Группа «Н» («G» по ISO 6743/0-81) – направляющие скольжения, Группа «Т» («C» по ISO 6743/0-81) – тяжелонагруженные узлы (зубчатые передачи). По уровню эксплуатационных свойств индустриальные масла делят на 5 подгрупп: 61 «А» – масла без присадок; по условиям работы оборудования не предъявляются особые требования к антиокислительным и антикоррозионным свойствам масел, «B» – масла с антиокислительными и антикоррозионными присадками; по условиям работы оборудования предъявляются повышенные требования к антиокислительным и антикоррозионным свойствам масел, «C» – масла типа B с противоизносными присадками для оборудования, где имеются антифрикционные сплавы цветных металлов и условия работы которых предъявляют повышенные требования к антиокислительным, антикоррозионным и противоизносным свойствам масел, «D» – масла типа С с противозадирными присадками; по условиям работы оборудования предъявляются повышенные требования к антиокислительным, антикоррозионным, противоизносным и противозадирным свойствам масел, «E» – масла типа Д с противоскачковыми присадками; по условиям работы оборудования предъявляются повышенные требования к антиокислительным, адгезионным, противоизносным, противозадирным и противоскачковым свойствам масел (предотвращение скачкообразного движения направляющих скольжения). В зависимости от кинематической вязкости при 40°С масла делятся на 18 классов: класс вязкости 2 – 1,9-2,5 мм2/с класс вязкости 3 – 3,0-3,5 мм2/с класс вязкости 5 – 4,0-5,0 мм2/с класс вязкости 7 – 6,0-8,0 мм2/с класс вязкости 10 – 9,0-11,0 мм2/с класс вязкости 15 – 13,0-17,0 мм2/с класс вязкости 22 – 19,0-25,0 мм2/с класс вязкости 32 – 29,0-35,0 мм2/с класс вязкости 46 – 41,0-51,0 мм2/с класс вязкости 68 – 61-75 мм2/с класс вязкости 100 – 90-110 мм2/с класс вязкости 150 – 135-165 мм2/с класс вязкости 220 – 198-242 мм2/с класс вязкости 320 – 288-352 мм2/с класс вязкости 460 – 414-506 мм2/с класс вязкости 680 – 612-748 мм2/с класс вязкости 1000 – 900-1100 мм2/с класс вязкости 1500 – 1350-1650 мм2/с Пример обозначения индустриального масла: И-Г-С-32 – индустриальное масло (И) группы (Г), подгруппы С, класса вязкости – 32. 3.2 Смазки 3.2.1 Общие сведения и классификация Главной их особенностью является сочетание свойств твердого тела (пластичность) и жидкости (текучесть): в состоянии покоя смазочный материал пластичен, а при движении течет подобно вязкой жидкости. Это 62 обеспечивается двухкомпонентным составом пластичного смазочного материала. Он состоит из жидкого масла и твердого загустителя. Мельчайшие твердые частицы загустителя, сцепляясь между собой, образуют трехмерный пространственный каркас, придающий смазочному материалу свойства твердого тела; его поры (ячейки) заполнены жидким маслом, При сдвиге в узле трения частицы загустителя не препятствуют вязкому течению смазочного материала, но сразу же после прекращения движения он вновь приобретает свойства твердого тела. Благодаря этому он обладает рядом ценных свойств, не присущих жидкому маслу: удерживается на открытых и движущихся поверхностях, включая вертикальные; заполняет зазоры между трущимися поверхностями и препятствует проникновению в них абразивных частиц из внешней среды. Пластичные смазочные материалы особенно эффективны в открытых или негерметизированных узлах трения, в сборочных единицах, где нельзя или нежелательно часто заменять смазочный материал; в различных подвижных сочленениях и уплотнениях (манжетах, резьбах и др.). Они, как правило, превосходят жидкие масла по консервационным свойствам, и поэтому их эффективно используют для защиты поверхностей деталей от коррозии. Но пластичным смазочным материалам присущи и недостатки: они не отводят теплоту и не смывают продукты изнашивания с поверхности трения. В зависимости от типа их дисперсионной среды различают смазки на нефтяных и синтетических маслах. По области применения в соответствии с ГОСТ 23258-78 смазки разделяют на: Антифрикционные (снижение износа и трения сопряженных деталей); Консервационные (предотвращение коррозии металлических изделий и механизмов при хранении, транспортировании и эксплуатации) Уплотнительные (герметизация зазоров, облегчение сборки и разборки арматуры, сальниковых устройств, резьбовых, разъемных и подвижных соединений, в том числе вакуумных систем) Специального назначения, например, канатные – предотвращение износа и коррозии стальных канатов, фрикционные – для увеличения трения с целью предотвращения проскальзывания, приработочные – для улучшения приработки трущихся поверхностей и др. Антифрикционные пластичные смазочные материалы используют в подшипниках качения и скольжения, шарнирных соединениях, тихоходных 63 зубчатых и червячных передачах, для смазывания канатов и блоков и многих других узлов трения; консервационные – для защиты от коррозии стыковых, посадочных и других неокрашенных поверхностей деталей и сборочных единиц машин; уплотнительные – в манжетах насосов, резьбовых соединениях трубопроводов. Существует также деление смазок по областям их преимущественного применения: многоцелевые (при температуре 40 - 130 °С); высокотемпературные (при температуре свыше 150 °С); низкотемпературные (для механизмов, где недопустимо повышение сопротивления движению при низкой температуре); стойкие в агрессивной среде (для работы в контакте с сильными окислителями – азотной и серной кислотой, перекисью водорода и др.); индустриальные (для смазывания узлов трения механизмов); железнодорожные (для закладки в буксы с подшипниками качения); автомобильные (для смазывания ступиц, подвесок, рулевого управления и др.); канатные (для предотвращения коррозии, уменьшения трения и изнашивания стальных канатов). В зависимости от вида загустителя пластичные смазочные материалы делят на кальциевые (солидолы), натриевые (консталины), натриево-кальциевые, литиевые, кремнистые. 3.2.2 Характеристики смазок 1) Антикоррозионная способность 2) Базовое масло – в консистентных смазках, как и в смазочных маслах, используют синтетические и минеральные базовые масла. Базовые масла вместе с загустителями определяют текучесть смазки. 3) Водостойкость – с помощью промывочной установки (Water Wash Out Test) определяется стабильность смазки под воздействием потока воды. Результат указывается в количестве смытой смазки в процентах. 4) Загустители – металлические мыла, например, литий (70% всех выпускаемых), кальций, алюминий и натрий. Неорганические загустители, например, бентонитовая глина, силикагель. Синтетические загустители, например, полимочевина и PTFE (пертетрафторэтилен). 5) Консистентность смазок или пенетрация определяется классификацией NLGI (National Lubricating Grease Institute). Определение призводится с помощью пенетрометра с конусом, который опускают на 5 секунд в смазку при температуре 25°С. Глубина погружения конуса в смазку 64 измеряется и выражается в десятых долях миллиметра. Обычно пенетрацию определяют у перемешанной смазки и неперемешанной смазки. Разница этих показателей характеризует стабильность смазки выдержать механические нагрузки. На основе пенетрации смазки делятся на классы (NLGI) от 000 до 6. Чем больше число класса, тем гуще смазка. Класс Показатель NLGI пенетрации (0,1 мм) 000 445-475 Консистенция ISO 2137 очень жидкая 00 400-430 355-385 жидкая полужидкая 1 310-340 очень мягкая 2 265-295 мягкая 3 4 5 220-250 175-205 130-160 полутвердая твердая очень твердая Область применения закрытые зубчатые передачи центральные смазочные системы шариковые/роликовые подшипники высокоскоростные подшипники открытые зубчатые передачи 6) Присадки – для улучшения свойств к смазкам, также как и к маслам, добавляют присадки. Кроме жидких присадок, к смазкам прибавляют иногда также пластичные смазки и твердые компоненты, как например, дисульфид молибдена и графит. 7) Смазочные свойства смазки и способность выдержать нагрузки зависит как от густоты базового масла, так и поведения загустителя в предельных условиях смазывания, а также от способности укрепить пленку EHD. Противоизносные и противозадирные свойства определяются, в частности, следующими известными тестами: 8) Температура каплепадения – температура, при которой падает первая капля смазки. Отечественная классификация пластичных смазок представлена в ГОСТ 23258-78: Подгруппа Общего назначения для обычных температур Общего назначения для повышенных температур Индекс Область применения Антифрикционные С Узлы трения с рабочей температурой до 70°С О Узлы трения с рабочей температурой до 110°С 65 Многоцелевые М Термостойкие Низкостойкие (морозостойкие) Ж Узлы трения с рабочей температурой 30…130°С в условиях повышенной влажности среды. В мощных механизмах сохраняют работоспособность до -40°С Узлы трения с рабочей температурой ≥ 150°С Н Узлы трения с рабочей температурой ≤ -40°С Противозадирные и противоизносные Химически стойкие Приборные Редукторные (трансмиссионные) Приработанные пасты Узкоспециализированные (отраслевые) Брикетные Консервационные Арматурные Резьбовые Вакуумные Канатные Х П Подшипники качения при контактных напряжениях более 250 кПа и подшипники скольжения при удельных нагрузках ≥ 15 кПа Узлы трения с агрессивными средами Узлы трения приборов и точных механизмов Т Зубчатые и винтовые передачи всех видов И Для облегчения сборки, предотвращения задиров и ускорения приработки Узлы трения, в которых смазки должны удовлетворять специальным требованиям: У прокачиваемость, эмульгируемость, искрогашение и т.д. Узлы и поверхности скольжения с Б устройствами для использования смазки в виде брикетов Механизмы всех видов, за исключением стальных канатов и случаев использования З консервационных масел или твёрдых покрытий Уплотнительные А Запорная арматура и сальники Р Резьбовые соединения В Уплотнительные вакуумные системы Канатные К Стальные канаты и органические сердечники Д В отечественном обозначении пластичных смазок указывают: ● тип загустителя; ● рекомендуемый температурный диапазон применения; ● тип жидкого масла; ● консистенцию. 66 Тип загустителя обозначают первыми двумя буквами названия входящего в состав мыла металла: Ка – кальциевое; На – натриевое; Ли - литиевое; ЛиКа – литиево-кальциевое. Рекомендуемый температурный диапазон применения указывают дробью: в числителе пишется минимальная температура применения, в знаменателе – максимальная температура применения. Обе температуры уменьшены в 10 раз. Температурный диапазон ориентировочный, так как он ещё зависит от конструкции узла и условий его работы. Тип жидкого масла и твёрдых добавок обозначают строчными буквами: у – синтетические углеводороды; к – кремнийорганические жидкости; г – добавлен графит; д – добавлен дисульфид молибдена. Смазки на нефтяной основе индекса не имеют. Консистенцию смазки обозначают числом от 0 до 7. Например, МЛи 4/13-3. Это обозначение литиевой смазки Литол-24, которое расшифровывается следующим образом: М – многоцелевая, антифрикционная, работоспособная в условиях повышенной влажности, Ли – загущенная литиевыми мылами, 4/13 – рекомендуемый температурный диапазон от – 40 до 130°С, 3 – условное число консистенции. Отсутствие индекса означает, что смазка приготовлена на нефтяной основе. 3.2.3 Антифрикционные смазки Самыми распространёнными мыльными смазками из кальциевых смазок общего назначения являются солидолы. Готовят две марки синтетического солидола – пресс-солидол С и солидол С, и две марки жирового солидола – пресс-солидол УС-1 и солидол УС-2 (УС – универсальная среднеплавкая). Жировые солидолы готовят загущением нефтяных индустриальных масел кальциевыми мылами. Солидолы нерастворимы в воде, обладают высокой коллоидной стабильностью, но не могут использоваться при температурах выше + 75°С и ниже – 30°С. Кроме солидолов, выпускают другие кальциевые гидратированные смазки – УссА, ЦИАТИМ-208 и др. К комплексным кальциевым смазкам, изготавливаемым на нефтяных или синтетических маслах, относятся – униол-1, униол-2, ЦИАТИМ-221 и др. Эти смазки по сравнению с обычными мыльными смазками более термостойки: температура каплепадения у них выше 200°С (у солидолов 80…90°С), что позволяет использовать их при температурах до 160°С. 67 Они обладают хорошими противоизносными и противозадирными свойствами, то есть их можно применять в тяжело нагруженных узлах. Они также обладают хорошими защитными и противокоррозионными свойствами. К недостаткам этих смазок относится склонность к термоупрочнению. Натриевые и натриево-кальциевые смазки. По объёму производства эти смазки занимают второе место после гидратированных кальциевых. Распространёнными натриевыми смазками являются консталины УТ1 и УТ-2 (УТ – универсальная тугоплавкая), которые в отличие от солидолов работоспособны при температурах до 115°С и хорошо удерживаются при таких температурах в тяжело нагруженных узлах. Однако натриевые и натриево-кальциевые смазки растворимы в воде и, следовательно, смываются с металлических поверхностей. При низких температурах (ниже -20°С) применять эти смазки не рекомендуется. Преимущественно консталины используются как железнодорожные смазки. Среди натриево-кальциевых смазок самой массовой является смазка 1-13. Эту смазку и её вариант 1-Л3 или ЛЗ-ЦНИИ применяют в роликовых и шариковых подшипниках. Литиевые смазки. Эти смазки работоспособны в широком интервале температур и до -50°С, нагрузок и скоростей. Их свойства стабильны во времени. К недостаткам можно отнести низкую механическую стабильность и ограниченный верхний предел температуры – не выше 120…130°С. Первой литиевой смазкой была ЦИАТИМ-201. Сейчас выпускают литол24, фиол-2 или 2М, фиол-3 и др. Литол-24 используется в качестве единой автомобильной смазки. Алюминиевые смазки. Наиболее распространёнными являются смазки АМС-1 и АМС-3. Они используется в механизмах, работающих в морской воде или соприкасающихся с ней. Относится к защитно-антифрикционным смазкам. Выпускается смазка МС-70, имеющая такие же свойства. В ассортименте антифрикционных смазок имеются также смазки на бариевых и цинковых мылах. Бариевые смазки обладают хорошей стойкостью к воде и нефтепродуктам, повышенной химической и механической стабильностью. В шаровых шарнирах подвески и наконечниках рулевых тяг автомобилей ВАЗ применяется бариевая смазка ШРБ-4. В качестве антифрикционных смазок используют смазки на неорганических загустителях – силикагелевые, бентонитовые и др. У них 68 хорошие высокотемпературные свойства, высокая химическая стабильность и удовлетворительные смазочные свойства. К их недостаткам можно отнести низкую защитную стабильность. К селикагелевым относятся смазки – ВНИИНП-262, ВНИИНП-264, ВНИИНП-279. В основном они предназначены для высокоскоростных подшипников качения, работающих в жёстких режимах трения. К бентонитовым смазкам для подшипников качения относится смазка ВНИИНП-226. 3.2.4 Консервационные смазки Ассортимент консервационных смазок значительно уступает ассортименту антифрикционных. Наибольшее распространение получили углеводородные смазки. Их низкая температура плавления (40…75°С) позволяет наносить их на поверхность в расплавленном виде путём окунания или распыливания. Можно наносить и при помощи кисти. Предварительно поверхность очищают от следов коррозии и прочих загрязнений. К углеводородным смазкам относятся ПВК, ГОИ-54п, УНЗ (пушечная), вазелин технический волокнистый ВТВ-1, ВНИИСТ-2 и др. Смазка ПВК имеет высокую водостойкость и стабильность, низкую испаряемость, что позволяет использовать её в течение 10 лет. Недостатком её является потеря подвижности при температуре ниже – 10°С. ГОИ-54п используют для защиты от коррозии машин и механизмов, работающих на открытом воздухе. Смазка сохраняет работоспособность при температуре до – 50°С, однако, как большинство углеводородных смазок, её не рекомендуют использовать при температурах выше + 50°С. Смазку ВТВ-1 применяют для смазывания клемм аккумуляторов. От смазки ПВК она отличается лучшими низкотемпературными свойствами. ВНИИСТ-2 применяется для защиты от коррозии наземных трубопроводов. Удовлетворительные защитные свойства имеют и некоторые мыльные смазки: АМС-1, АМС-3, МС-70, ЗЭС и др. Смазки АМС-1, АМС-3 и МС-70 используют как антифрикционные, обладающие хорошими защитными свойствами в условиях контакта с морской водой. Они обладают высокой липкостью и водостойкостью. 69 Смазку ЗЭС применяют для защиты линий электропередач и другой высоковольтной аппаратуры от коррозии. Особую группу консервационных смазок составляют канатные смазки. 3.2.5 Канатные смазки 39у, БОЗ-1, торсиол-35, торсиол-55, Е-1 и др. Они занимают промежуточное положение между консервационными и антифрикционными смазками. Предназначены эти смазки для защиты стальных канатов и тросов при эксплуатации и хранении, а также снижения износа, уменьшения трения, предотвращения обрывов. Смазка Канатная 39У. Сплав нигрола, гудрона масляного, церезина, кубовых остатков СЖК и триэтаноламина. Область применения: рудничные и буровые канаты, тросы, подъемно-транспортные машины. Основные эксплуатационные характеристики: хорошие водостойкость, адгезия к металлу, консервационные свойства; работоспособна при температуре от -25 до 50°С. Смазка БОЗ-1. Состав: Нефтяное масло, загущенное озокеритом и петролатумом; содержит антикоррозийную присадку. Область применения: стальные канаты при их изготовлении. Основные эксплуатационные характеристики: хорошая адгезия к металлу, водостойкость и консервационные свойства. Работоспособна в интервале температур от -20 °С до 50 °С. Смазка Торсиол-35Б. Смесь нефтяных масел, загущенная церезином; содержит буроугольный воск и окисленный петролатум. Область применения: стальные канаты различного назначения при их изготовлении. Основные эксплуатационные характеристики: хорошие водо- и морозостойкость, адгезионные, консервационные и антифрикционные свойства; работоспособна при температуре от -35 до 50°С Смазка Торсиол-35М представляет собой композицию нефтяных масел и твердых углеводородов. Область применения: для смазывания рудничных и буровых канатов, тросов подъемно-транспортных машин с целью уменьшения изнашивания и предупреждения повреждений при хранении и эксплуатации. Смазка защищает от коррозии металлические изделия любой формы и размеров, предотвращает ржавление изделий из черных и цветных металлов. Основные эксплуатационные характеристики: имеет хорошую адгезию к 70 металлу, удовлетворительные противоизносные и консервационные свойства; работоспособна при температуре от -35 до 50°С. Торсиол-55 изготавливается из смеси нефтяного масла и кремнийорганической жидкости, загущенной твердыми углеводородами с добавлением антикоррозионной присадки. Торсиол-55М изготавливается без добавления кремнийорганической жидкости. Область применения: предназначена для смазывания в процессе изготовления и эксплуатации стальных канатов из проволоки без покрытия и оцинкованной проволоки. Основные эксплуатационные характеристики: морозостойкая, высокие водостойкость, адгезия (сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел) к металлу, антифрикционные и консервационные свойства; работоспособна при температуре от -50 до 50°С. Смазка Канатол. Нефтяные масла, загущенные твердыми углеводородами; содержит антикоррозионную и адгезионную присадки. Область применения: стальные канаты в процессе их изготовлении. Основные эксплуатационные характеристики: хорошие водо- и морозостойкость, адегизионные и консервационные свойства, защищает от изнашивания и коррозии; работоспособна при температуре от -35 до 50°С. Смазка Е-1. Нигрол зимний, загущенный петролатумом; содержит серу и противогнилостную присадку нафтенат меди. Область применения: пропитка органических сердечников стальных канатов. смазка предохраняет органические сердечники от гниения, применяется в условиях умеренного климата, а также при температурах не ниже - 20°С. Основные эксплуатационные характеристики: высокие адгезионные, консервационные, антифрикционные свойства и водостойкость; работоспособна при температуре от -20 до 50°С. Смазка ЛЗ-Е-91. Нефтяное масло, загущенное углеводородами, содержит адгезионную присадку. Область применения: пропитка органических сердечников стальных канатов и смазывание контактирующих с сердечником проволок каната. Смазка предохраняет органические сердечники от гниения и обеспечивает сохранность сердечника на протяжении всего срока эксплуатации каната. ЛЗ-Е-91 обеспечивает также дополнительную защиту от коррозии проволоки прядей каната, обращенных к сердечнику. Наносится на сердечник в процессе изготовления каната. Основные эксплуатационные характеристики: работоспособна при температуре от -35 до 50°С 71 3.2.6 Уплотнительные смазки По составу и свойствам эти смазки специфичны, что не позволяет, как правило, заменять их смазками других типов. В качестве дисперсионной среды используют касторовое масло, глицерин, синтетические масла и смеси с нефтяными. Смазки на основе касторового масла и его смеси с нефтяным или синтетическим маслом практически нерастворимы в нефтепродуктах. Загустителями могут быть твёрдые углеводороды и неорганические продукты (силикагель, бентонит). Большинство уплотнительных смазок содержат наполнители – графит, слюду, тальк, дисульфид молибдена, асбест, оксиды металлов и др. В уплотнительной смазке для запорной арматуры вводят 10…15 % наполнителей. Смазки уплотнительные предназначены для надежной герметизации зазоров и щелей оборудования, уплотнения подвижных и неподвижных узлов трения машин и механизмов. Они нашли широкое применение в различных областях техники – в вакуумном оборудовании, в запорной арматуре, для смазки резьбовых соединений, ... Арматурные смазки: Арматол-238 (от -40 до 120°С), Арматол-60 (от -60 до 120°С), Герметин (от 0 до 130°С), Смазка для газовых кранов (от 0 до 50°С), Клад-М (от -40 до 200°С), Кранол (от -20 до 50°С ), ЛЗ-162 (от -25 до 130°С), ТОМФЛОН НГ 220 (от -50 до 220°С), ТОМФЛОН ПНГ 260 (от -60 до 260°C), ТОМФЛОН САГ 230 (от -60 до 230°С), Смазка/Компаунд ТОМФЛОН МФК 200 (от -40 до 204°С), уплотнительные пасты марки 131-435. Резьбовые смазки: Смазка Бензиноупорная, Смазка Вальма-APINorm, Смазка Р-113, Р-402, Р-416, Резол, Резьбол Б, Резьбол ОМ-2, РУСМА-1, РУСМА-2, РУСМА-3, РУСМА-4, Паста смазочная Томфлон М 650 (от -30 до 300(650)°С), Паста резьбовая Томфлон МГЦ 650 (от -30 до 650°С), Паста резьбовая ТОМФЛОН ЭП 1100 (от -30 до 1100°С), Паста резьбовая УДМ (до 800°С) Вакуумные смазки: Смазка вакуумная ТОМФЛОН СВ 150 (от -20°C до 150°C), Смазка Вакуумная (от 10 до 40°С), Замазка Вакуумная. 3.3 Твердые смазочные материалы и покрытия Характерная особенность твёрдых смазок заключается в том, что эти материалы, так же как пластичные смазки, находятся в агрегатном состоянии, 72 исключающем их вытекание из узла трения. Благодаря этому их можно использовать в негерметизированных узлах трения. Достоинства их перед маслами такие же, как у пластичных смазок: ● уменьшение расхода смазочного материала; ● уменьшение эксплуатационных расходов. 3.3.1 Твёрдые слоистые смазки Это кристаллические вещества, обладающие смазочными свойствами: графит, дисульфиды молибдена и вольфрама, нитрид бора, бромиды олова и кадмия, сульфат серебра, иодиды висмута, никеля и кадмия, фталоцианин, селениды и теллуриды вольфрама, титана и пр. Вышеперечисленные смазки обладают слоистой структурой, характеризуются тем, что атомы, лежащие в одной плоскости – одном слое, находятся друг к другу ближе, чем в различных слоях. Это обусловливает различную прочность между атомами в различных направлениях. В результате под действием внешних сил происходит скольжение одних слоёв кристаллов относительно других. Данное свойство необходимо, но недостаточно. Нужна также хорошая адгезия твёрдой смазки к материалу поверхности трения, поэтому дисульфид титана и многие алюмосиликаты (слюда, тальк и др.), обладая ярко выраженной слоистой структурой, не отличаются смазочными свойствами, так как имеют плохие адгезионные свойства с металлами. Графит обладает антифрикционными свойствами в паре трения со сталью, чугуном и хромом. Несколько хуже эти свойства с медью и алюминием. В присутствии воздуха и воднографитная смазка улучшает свои показатели. Графит адсорбируется на поверхности трения, образуя прочную плёнку, ориентированную в направлении скольжения. Наличие на поверхности металла плёнки оксидов облегчает адсорбцию графита, поэтому использование графита особенно эффективно для металлов, образующих прочную оксидную плёнку – хром, титан, несколько меньше сталь. Предел работоспособности графитной смазки равен 600°С. Из-за наличия свободных электронов графит обладает высокой электропроводностью, что способствует отводу электростатических зарядов и сохранению прочности смазочного слоя. С увеличением нагрузки и повышения температуры коэффициент трения графита возрастает. По стали коэффициент трения равен 0,04…0,08. 73 Дисульфид молибдена МоS2 – синевато-серый порошок с металлическим блеском, обладает хорошими адсорбционными свойствами по отношению к большинству чёрных и цветных металлов. Его смазочная способность обусловлена выраженным слоистым строением кристаллов и сильной поляризацией атомов серы в процессе трения. В отличие от графита при увеличении нагрузки и температуры коэффициент трения МоS 2 уменьшается. Средняя величина коэффициента трения равна 0,05…0,095. Несущая способность граничной смазочной плёнки дисульфида молибдена выше, чем у любых смазочных масел. При температуре выше 500°С дисульфид молибдена окисляется с выделением SO2. К недостаткам можно отнести высокую химическую активность, в результате чего он легко вступает в реакцию с водой и кислородом. Поэтому максимальная температура ограничена 450°С. Водород восстанавливает дисульфид молибдена до металла. Дисульфид вольфрама WS2 по сравнению с дисульфидом молибдена обладает большей термостойкостью. Предельная температура его применения равняется 580°С. У него больше стойкость к окислению и в 3 раза большая несущая способность. Химически дисульфид вольфрама инертен коррозионно- неагрессивен, нетоксичен. Его применение ограничено высокой стоимостью. Из-за высокой плотности дисульфид вольфрама мало используется в качестве добавки к маслам, так как затруднено получение однородной смеси с маслом. Рекомендуется использовать при температуре свыше 450°С. Нитрид кремния имеет низкий коэффициент трения в парах со стальными деталями и некоторыми металлокерамическими материалами. Обладает хорошими механическими характеристиками и высокой термической и термоокислительной устойчивостью до 1200°С. Благодаря сочетанию этих качеств нитрид кремния является перспективным материалом для изготовления деталей цилиндропоршневой группы. Нитрид бора обладает высокой термической и термоокислительной устойчивостью. Разлагается при температуре свыше 1000°С. Фталоцианины (меди C32H16N6Cu, железа C32H16N8Fe и пр.) – металлосодержащие полициклические органические соединения, обладающие крупными плоскими молекулами со слабыми межмолекулярными связями. Наряду с физической адсорбцией они образуют хемосорбированные плёнки на поверхностях металлов. Фталоцианины имеют хорошую 74 термическую стойкость до 650°С, стабильны при контакте с воздухом и водой. При температурах до 300°С коэффициент трения у них выше, чем у графита и дисульфида молибдена, но понижается до 0,03…0,05 с увеличением температуры до 500°С. Из фталоцианинов делают защитный слой на юбках поршней. Коэффициенты трения некоторых твёрдых слоистых смазок: ● дисульфид молибдена – 0,05; ● иодистый кадмий – 0,06; ● хлористый кадмий – 0,07; ● сернокислый вольфрам – 0,08; ● сернокислое серебро – 0,14; ● иодистый свинец – 0,28; ● графит – 0,10; ● хлористый кобальт – 0,10; ● иодистая ртуть – 0,18; ● бромистая ртуть – 0,06; ● иодистое серебро – 0,25. Твёрдые смазки могут использовать и в качестве добавок к маслам. Большинство твёрдых смазок нерастворимы в углеводородах, поэтому их вводят в моторное масло в виде коллоидных дисперсий. При этом увеличивается ресурс узлов трения и снижается вероятность задира в условиях масляной недостаточности. 75 4 ТЕХНИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ 4.1 Охлаждающие жидкости Часть тепла, выделяющегося в процессе сгорания топлива в двигателе, идёт на нагревание деталей двигателя. При этом из-за очень высоких температур стенок камеры сгорания теряется мощность двигателя, так как ухудшается наполнение цилиндров. Кроме того, ухудшаются условия смазывания, появляется детонация, калильное зажигание, усиленное нагаро- и лакообразование, повышенное трение и изнашивание деталей и т.д. Чтобы предотвратить перегрев деталей, их охлаждают. Система охлаждения двигателя в зависимости от его быстроходности и мощности отводит 15…35 % теплоты, образующейся при сгорании топлива. В бензиновых и газовых двигателях доля отводимой теплоты больше, чем в дизелях. Система охлаждения может быть воздушной или жидкостной. Наибольшее распространение на автомобильных двигателях получили жидкостные системы охлаждения. В двигателях внутреннего сгорания в блоке и головке блока цилиндров между двойными стенками находится рубашка системы охлаждения, заполняемая жидкостью. Охлаждающая жидкость отводит тепло от стенок и отдаёт тепло воздуху, проходящему через радиатор. При этом охлаждающая жидкость циркулирует в замкнутом пространстве системы охлаждения, нагреваясь в блоке и головке цилиндров и охлаждаясь в радиаторе. Для обеспечения нормальной работы двигателя охлаждающая жидкость должна удовлетворять определённым требованиям. Основными из них являются: ● минимальная температура замерзания; ● максимальная температура кипения; ● минимальный коэффициент объёмного расширения; ● минимальная вязкость; ● отсутствие воспламеняемости; ● отсутствие вспенивания; ● физическая и химическая стабильность; ● не вызывать изменения свойств конструкционных материалов; ● высокая теплоёмкость и теплопроводность. Жидкостей, удовлетворяющих всем этим условиям одновременно, нет. Наибольшее распространение получили вода и антифризы. 76 4.1.1 Вода Достоинства воды: ● доступность; ● безопасность (пожарная и взрывная); ● безвредность (отсутствие токсичности); ● высокая удельная теплоёмкость 4,19 кДж/(кг*К). Недостатки воды: ● высокая температура замерзания (« 0 0С); ● увеличение объёма образующегося льда по сравнению с объёмом жидкости на 10 % при замерзании; ● низкая температура кипения (100 0С); ● способность образования отложений. В результате второго недостатка при низких температурах окружающего воздуха давление на стенки может возрасти до 250 МПа, что приводит к разрушению элементов системы охлаждения. Для частичного устранения третьего недостатка систему охлаждения герметизируют, устанавливая на пробке радиатора два клапана: воздушный и паровой. Благодаря этому температура кипения воды в системе охлаждения несколько увеличивается (119°С). Кроме того, позволяет увеличить температурный перепад в системе охлаждения и тем самым повысить эффективность теплообменных процессов. В результате можно снизить количество охлаждающей жидкости, уменьшить потребную поверхность радиатора и сократить теплопотери в охлаждающую жидкость. Накипью называют плотные отложения, образующиеся на нагретых стенках системы охлаждения. Она состоит из выделившихся из воды солей кальция и магния, взвешенных продуктов коррозии и механических загрязнений. Шламом называют илоподобные частицы и элементы разрушения накипи минерального или органического происхождения, скапливающиеся в застойных полостях рубашки охлаждения и в нижнем бачке радиатора. Образование отложений в системе охлаждения ухудшает теплоотдачу стенок рубашки системы охлаждения на 40 %, так как накипь имеет низкую теплопроводность и уменьшает сечение трубок радиатора и всех проходных сечений. Как следствие, двигатель перегревается, что ведёт к увеличению расхода топлива. Отложения в системе охлаждения образуются в виде накипи и шлама. 77 Соли кальция и магния придают воде свойство, называемое жёсткостью воды, которое измеряется в мг-эквивалентах солей на 1 л воды. Жёсткость воды 1 мг-экв/л означает, что в воде содержится 20,04 мг/л ионов кальция или 12,16 мг/л ионов магния. Мягкой вода считается при содержании в ней солей до 4 мг-экв/л (< 3 моль/м ), средней - при 8 мг-экв/л (3.6 моль/м ), жёсткой при > 8 мг-экв/л (> 6 моль/м ). Принято считать атмосферную воду (дождь, снег) мягкой, речную и озёрную - средней, колодезную и ключевую - жёсткой. Различают жёсткость временную, постоянную и общую. Временная жёсткость характеризует содержание в воде в основном двух соединений – бикарбоната кальция Ca(HCO3)2 и бикарбоната магния Mg(HCO3)2. Эти соли находятся в воде только при наличии в ней некоторого количества свободной углекислоты. При кипячении свободная углекислота удаляется, и соли временной жёсткости распадаются на карбонаты, выпадающие в осадок, и диоксид углерода, уходящий в атмосферу: Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 +H2O Mg(HCO3)2 = MgCO3 + CO2 +H2O Таким образом, при кипячении бикарбонаты удаляются из воды, поэтому обусловленную их присутствием жёсткость называют временной, то есть устранимой. Перед заливкой воду можно прокипятить и заливать в радиатор после фильтрования. При отсутствии такой обработки соли временной жёсткости выпадают в накипь при первом же закипании в радиаторе. При этом происходит снижение временной жёсткости. Поэтому не следует часто менять воду в системе охлаждения. Постоянная жёсткость определяется присутствием в воде более стойких солей: сульфатов (гипс CaSO4, MgSO4), хлоридов (CaCl2, MgCl2), силикатов CaSiO3, MgSiO3 и др. Эти соединения при кипячении не разлагаются и не выпадают в осадок, если их концентрация не превосходит предел насыщения. Такие условия создаются при испарении части воды. Гипс, в отличие от большинства минеральных солей, обладает отрицательной растворимостью: при повышении температуры растворимость гипса в воде уменьшается и его избыток выпадает в виде накипи. Присутствие гипса в накипи придаёт ей прочность и жёсткость. Общей жёсткостью называют сумму временной и постоянной жёсткости. Воду средней и высокой жёсткости перед использованием в системах охлаждения рекомендуется «умягчать». 78 Простейший способ умягчения – кипячение воды с последующей фильтрацией. Другой способ – добавление соды и гашёной извести, что приводит к выпадению в осадок соединений кальция и магния с последующей фильтрацией. Наиболее эффективный способ – фильтрация воды через катионитовые фильтры. Катиониты – это вещества, способные вступать в ионообменную реакцию с растворёнными в воде солями. Они поглощают из воды ионы щелочноземельных элементов. Снизить жёсткость воды можно также путём её магнитной обработки. При прохождении воды через магнитное поле растворённые в ней соли выделяются в виде хлопьев. Затем воду фильтруют. Вещества, называемые антинакипинами, позволяют предотвратить образование накипи обработкой воды непосредственно в системе охлаждения. Их особенно необходимо добавлять в полевых условиях при отсутствии «мягкой» воды. Соли, находящиеся в воде, при добавлении антинаки- пинов, переходят в рыхлое состояние или удерживаются в виде перенасыщенного раствора. К антинакипинам относятся гексаметафосфат натрия (NaPO3)6, хромпик K2Cr2O7, ортофосфат натрия Na3PO4*12H2O и др. Воду, предназначенную для системы охлаждения, необходимо предохранять от попадания в неё нефтепродуктов. Эти вещества уменьшают теплопроводность накипи и, следовательно, усугубляют её вред. Кроме того, они вызывают вспенивание воды и её выброс из системы охлаждения. Из системы охлаждения шлам можно удалить многократной поочерёдной промывкой водой и продувкой сжатым воздухом. Для удаления накипи используют растворы веществ, обеспечивающих разрушение нерастворимых в воде солей накипи. Соли временной жёсткости удаляют кислыми растворами, постоянной – щелочными. Все составы для удаления накипи, как и вода, оказывают коррозионное воздействие на металлы, особенно цветные. Отложение накипи герметизирует систему охлаждения. Поэтому после её удаления, как правило, появляется течь в системе охлаждения. При удалении накипи из системы охлаждения удаляют термостат, затем заливают раствор и выдерживают его в соответствии с инструкцией. После этого двигатель запускают и дают поработать 10…20 мин. После остановки двигателя раствор из него сливают и промывают систему охлаждения 2…3 79 раза водой. Для предотвращения коррозии промывку рекомендуется проводить 1 % раствором хромпика (дихромат калия K2Cr2O7, иногда так называют дихромат натрия, - сильный окислитель, высокотоксичен, канцерогенен, брызги его раствора разрушают кожные покровы, дыхательные пути и хрящевые ткани). 4.1.2 Антифризы Антифризы необходимо заливать в систему охлаждения двигателя при температурах окружающего воздуха ниже 0 0С, так как вода при низких температурах замерзает и в значительной степени увеличивает объём. В качестве антифризов используют смеси воды со спиртами, воды с глицерином, смеси углеводородов. Наибольшее распространение получили смеси на основе двухатомного спирта-этиленгликоля (СН2ОН-СН2ОН). Этиленгликоль - это прозрачная бесцветная вязкая жидкость без запаха. Кипит этиленгликоль при 197 0С, застывает – при −11,5°С. Однако смеси этиленгликоля с водой застывают при более низких температурах. Смесь 60 % этиленгликоля и 40 % воды замерзает при −49°С. Меняя соотношение воды и этиленгликоля, можно получить смеси с температурой застывания от 0 до −70 0С. Понижение температуры замерзания водно-этиленгликолевого раствора при увеличении количества воды объясняется появлением гидрата этиленгликоля, обладающего низкой температурой застывания. Минимальная температура замерзания раствора −73 0С при содержании 33 % воды. Дальнейшее увеличение количества воды ведёт к росту температуры замерзания. Поскольку вода и этиленгликоль имеют разную плотность, а при их смешении плотность изменяется аддитивно, оказалось возможным по плотности предсказать температуру застывания антифриза. В связи с тем, что этиленгликоль оказывает коррозионное действие на металлы, в состав антифризов вводят антикоррозионные присадки: 1г/л декстрина (для защиты алюминия, меди, свинцово-олового припоя), 2,5…3,5 г/л динатрийфосфата (для защиты стали, чугуна, латуни, меди). Для предотвращения вспенивания в состав антифриза вводят антипенные присадки. При испарении водных растворов этиленгликоля пар содержит значительно больше воды, чем этиленгликоля. Поэтому в условиях эксплуатации от испарения теряется практически только вода. 80 Из-за большого коэффициента объёмного расширения при нагревании до рабочей температуры объём этиленгликолевых жидкостей увеличивается на 6…8 %. При застывании объём образующейся кашеобразной массы увеличивается очень незначительно и размораживания системы охлаждения не происходит. Характерные особенности этиленгликолевых антифризов: ● Увеличение на 6...8 % объёма при рабочей температуре. ● Теплопроводность, теплоёмкость и плотность антифризов при равных температурах примерно на 15 % ниже этих показателей для воды. Отсюда температурный режим двигателя, охлаждаемого антифризом, выше, чем при охлаждении водой. Например, температура поршня возрастает на 10…15 0С. Это может привести к некоторому снижению мощности, экономичности и детонации при высоких температурах окружающего воздуха. ● Из-за более высокой температуры кипения и низкого давления насыщенных паров этиленгликоля по сравнению с водой при эксплуатации двигателя выкипает прежде всего вода. Поэтому при уменьшении жидкости в системе охлаждения из-за испарения необходимо добавлять воду. ● Антифризы по сравнению с водой обладают более высокой подвижностью и проницаемостью. Поэтому к системе охлаждения с антифризом предъявляются более высокие требования по герметичности. ● При замерзании антифризы образуют рыхлую массу с незначительным увеличением объёма. Поэтому механические повреждения систем охлаждения при замерзании антифриза исключены. ● Антифризы разрушают детали, изготовленные из некоторых сортов резины. Наибольшее распространение получили низкозамерзающие жидкости 40, 65, а также тосолы А-40 и А-65. В других литературных источниках их обозначают ОЖ-40, ОЖ-65. Жидкость марки 40 представляет собой смесь 53…56 % этиленгликоля и 44…47 % воды и имеет температуру застывания не выше - 40 0С и плотность 1065…1085 кг/м . Жидкость марки 65 содержит 64…66 % этиленгликоля и 34…36 % воды и имеет температуру застывания не выше - 65 0С и плотность 1085...1100 кг/м . Иногда, кроме вышеназванных присадок, в жидкости добавляют молибденовокислый натрий, что улучшает их антикоррозионные свойства в 81 отношении цинковых и хромовых покрытий. Такие антифризы имеют индексы 40М и 60М. Кроме того, выпускают «Тосол-А» (ОЖ-К), представляющий собой концентрированный этиленгликоль с присадками и плотностью 1100…1150 кг/м. Пользоваться им можно только после разведения дистиллированной водой. Смесь «Тосола-А» и воды в соотношении 1:1 имеет температуру начала кристаллизации - 35 0С. Кроме тосола выпускают низкозамерзающую жидкость «Лена» с такими же характеристиками. Тосол имеет голубой цвет, «Лена» - жёлто-зелёный. Смешивать их при эксплуатации можно. Плотность низкозамерзающих жидкостей измеряют гидрометром, показывающим плотность/температуру застывания. С течением времени присадки в антифризе подвергаются распаду, вследствие чего качество антифриза ухудшается. Поэтому срок эксплуатации антифриза 2 года, или 60 тыс. км пробега, при интенсивной эксплуатации. Этиленгликоль и его растворы токсичные вещества, при попадании в желудочно-кишечный тракт вызывают отравление с поражением центральной нервной системы и органов кровообращения. 4.2 Тормозные жидкости Тормозные жидкости (ТЖ) используют в тормозных системах с гидравлическим и пневмогидравлическим приводами. 4.2.1 Требования к ТЖ Они должны обладать хорошими вязкостно-температурными и смазывающими свойствами, физической и химической стабильностью, а также быть инертными по отношению к металлам, резиновым деталям гидропривода. Жидкость в системе привода обычно имеет температуру окружающего воздуха. Однако в колёсных тормозных цилиндрах за счёт тепла, выделяемого при трении в тормозных механизмах, жидкость нагревается. Закипание жидкости не допускается, так как при этом нарушается главное условие работы привода – несжимаемость жидкости. Пары жидкости уменьшаются в объёме даже при небольших давлениях, и поэтому передаваемое по гидросистеме усилие не доходит до рабочих колёсных цилиндров. То же самое происходит при попадании воздуха в гидропривод. Часть системы вместо 82 несжимаемой жидкости наполняется легко сжимаемым воздухом, и педаль тормоза проваливается. Давление в гидравлическом приводе тормозов может составлять до 10 МПа, а температурный уровень тормозной жидкости в дисковых тормозах достигает 150…190 °С. В итоге перманентных колебаний температуры в тормозную систему сквозь уплотнения из резины поступает вода. Это приводит к тому, что тормозная жидкость пропитывается водой, а это уменьшает ее температуру кипения. Очень опасно, если при работе температура кипения тормозной жидкости падает ниже 150°С – в этом случае на большой скорости и резких торможениях появляется опасность "кипения" жидкости, в ней появляются пузырьки (газ, пар), формируются паровые пробки, а это чревато отказом тормозов в нужный момент. Температура кипения тормозной жидкости – показатель максимальной эксплуатационной температуры гидравлического привода тормоза. Во время работы из-за действия воды температура кипения тормозной жидкости последовательно уменьшается, так что устанавливается два параметра: температура кипения "сухой" тормозной жидкости, а также температура кипения "обводненной" жидкости (присутствие воды 3,5 %) – это примерная температуру "закипания" жидкости спустя 2 года ее эксплуатации. 4.2.2 Состав тормозных жидкостей Тормозные жидкости выпускают на основе растительного масла (чаще всего касторового) или гликолей (двухатомных спиртов). Касторовое масло имеет высокие смазывающие свойства и не вызывает набухания или размягчения резины и изготовленных из неё уплотнительных деталей. Однако высокая вязкость и относительно высокая температура застывания (- 16 0С) исключает использование касторового масла в чистом виде. Поэтому тормозные жидкости готовят смешением касторового масла со спиртами: изопентанолом, бутанолом, этанолом. Попадание воды в такие смеси приводит к снижению концентрации спирта, что вызывает расслоение жидкости. Такие смеси имеют низкую температуру застывания, однако уже при - 20 0С происходит интенсивная кристаллизация составляющих касторового масла. Следовательно, касторовые тормозные жидкости при температурах ниже - 20 0С применять не рекомендуется. 83 Жидкости на основе гликолей и этилкарбитола по многим свойствам превосходят спиртокасторовые смеси. Они имеют хорошие низкотемпературные свойства (не замерзают при - 60 0С), низкую испаряемость и высокую температуру вспышки. Все эти смеси нейтральны по отношению к резиновым немаслостойким деталям, так что могут применяться в тормозной системе автомобилей с обычными резиновыми уплотнителями. Эти жидкости нельзя смешивать со спиртокасторовыми жидкостями, так как происходит выпадение касторового масла. Применение жидкостей на основе гликолей и этилкарбитола обеспечивает работу гидравлического привода при температурах окружающего воздуха + 50...- 50 0С. Все эти жидкости токсичны. 4.2.3 Классификация тормозных жидкостей Спецификация FMVSS №116 – разработана Департаментом транспорта США (USDOT – United States Department of Transportation). В соответствии с этой спецификацией тормозная жидкость делится на классы от DOT-1 до DOT-5; Спецификации SAE J1703 и SAE J1704 – разработаны в Обществе автомобильных инженеров (Society of Automotive Engineers), встречается значительно реже. Стандарт DOT предусматривает: DOT-1, DOT-2, – в настоящее время вышли из употребления; DOT-3, DOT-4 – наиболее популярные тормозные жидкости на основе полиэтиленгликоля, в настоящее время DOT-3 практически не используется DOT-5 – жидкость на силиконовой основе, применяется для автомобилей без ABS. DOT-5.1 – модифицированный вариант DOT-4, имеющая улучшенные характеристики, применяется для автомобилей с ABS. Следует заметить, что жидкости DOT-5 и DOT-5.1, несмотря на схожесть в маркировке, имеют совершенно разный состав и характеристики, и заливать одну вместо другой недопустимо. В соответствии со своим типом жидкость имеет определенную окраску: DOT-3, DOT-4 и DOT-5.1 – желтый (с градациями от светло-желтого до светло-коричневого); DOT-5 – розовый/красный; Окраска позволяет сразу определить вид жидкости, предотвращает ошибку в выборе или случайное смешивание разных жидкостей. 84 Следует заметить, что жидкости DOT-3, DOT-4 и DOT-5.1 поглощают влагу таким образом, что она равномерно распределяется по всему объему, поэтому постепенно на металлических поверхностях идут процессы коррозии низкой интенсивности. Силиконовая жидкость DOT-5 совершенно не поглощает влагу, поэтому любая вода, попавшая в систему, в конечном итоге каплями скапливается в ее нижних точках – в тормозных цилиндрах, вызывая интенсивную локальную коррозию. DOT-3 – наиболее дешевая и довольно универсальная жидкость. Чаше всего используется в легковых и грузовых автомобилях ранних годов выпуска с барабанными тормозами (и с передними дисковыми), которые не подвергаются слишком активной эксплуатации. DOT-4 – чуть более дорогая, но наиболее универсальная тормозная жидкость, которая используется в легковых и грузовых автомобилях практически любых типов и возрастов с дисковыми тормозами. Благодаря высокой вязкости хорошо работает в системах с высокой степенью износа, обеспечивая незначительные утечки. DOT-5.1 – одна из самых дорогих и наиболее требовательных к эксплуатации жидкостей. Вследствие низкой вязкости используется на новых автомобилях, не рекомендуется применять на автомобилях с изношенной тормозной системой – в этом случае будет наблюдаться значительная утечка. Также данная жидкость пригодна для применения в мощных скоростных автомобилях, где важна высокая скорость отклика тормозной системы. DOT-5 – наиболее дорогая жидкость, имеющая ограниченное применение. Обычно ее выбирают для автомобилей с небольшим годовым пробегом, а также для транспортных средств, эксплуатируемых в условиях очень высокой влажности. Вследствие невозможности поглощения воздуха и воды (образуются пузырьки воздуха и капли воды), недопустимо применять эту ТЖ на транспортных средствах с АБС. Совместимость тормозных жидкостей Жидкости DOT-3, DOT-4 и DOT-5.1 совместимы друг с другом; Жидкости DOT-5 не совместимы ни с какими другими жидкостями. Первые три жидкости имеют гликолевую основу, да и состав присадок у них похожий, поэтому они в целом совместимы. Жидкость DOT-5 имеет силиконовую основу, и при смешивании с гликолевыми жидкостями происходят сложные химические реакции, в результате которых получившаяся смесь полностью теряет свои качества. 85 Основные характеристики и особенности тормозных жидкостей DOT-3 DOT-4 DOT-5.1 Основа Полиэтиленгликоль (реже — полиалкиленгликоль) в сочетании с полиэфирами борной кислоты и присадками Гигроскопичность Значительная, Меньшая, чем у Значительная, но поглощает воду в DOT-3 не более 2% в больших первый год количествах (в эксплуатации первый год эксплуатации масса воды в жидкости может превышать 2%) Способность к Слабое поглощение воздуха аэрации (насыщение воздухом) Отношение к Разъедает краску лакокрасочным покрытиям Отношение к Разъедает Безопасны для резиновых деталей резиновым резиновые детали деталям Температура 205°C 230°C 275°C кипения (для «сухой» жидкости — еще не впитавшей воду) Вязкость Высокая Высокая (ниже, Низкая чем у DOT-3) Срок службы 1…2 года около 2 лет DOT-5 Силикон с пакетом присадок Не поглощает воду Значительное поглощение воздуха Безопасна красок для 250°C Низкая В тормозных системах автотранспортных средств, а также в системах сцепления применяется тормозная жидкость под маркировкой DOT. Изначально DOT – аббревиатура United States Department of Transportation (USDOT или просто DOT): Департамент транспорта США, отвечающий за вопросы безопасности транспорта. DOT и разработал спецификацию минимальных требований к характеристикам тормозных жидкостей, а также разделил спецификацию на классы в своём стандарте FMVSS №116. Эти классы и получили соответствующее название DOT и маркировку DOT-3, DOT-4, DOT-5. Состав: в тормозных жидкостях DOT 3, DOT 4 в качестве полигликолевой основы используется полиэтиленгликоль в сочетании с полиэфирами борной кислоты, а для DOT 5 в качестве основы применяется силикон. 86 Также, каждая компания производитель тормозной жидкости добавляет комплекс присадок, для получения заданных характеристик по вязкости, сжимаемости и др. Тормозные жидкости DOT 3, DOT 4 и DOT 5.1 имеют одинаковую химическую основу и потому они взаимозаменяемы. Но, в любом случае, перед применением необходимо внимательно прочесть на этикетке информацию производителя о совместимости тормозных жидкостей. Отдельно существует отдельный класс жидкостей – DOT 5.1/ABS, которая предназначена для машин с ABS, в состав DOT 5.1 входят силиконовые и гликолевые соединения, из-за чего эта жидкость несовместима с жидкостями других марок. Из-за абсорбции влаги срок эксплуатации тормозных жидкостей ограничен. Практика показывает, что в течение первого года эксплуатации автомобиля в тормозной жидкости скапливается до 2% влаги, ко второму году – до 3,5%, к третьему – до 4,5%. Для DOT-3 и DOT-4 срок эксплуатации составляет 2-3 года. DOT 5.1 более гигроскопична, но при этом она содержит большее количество специальных присадок, поэтому и срок эксплуатации её может достигать 4-5 лет. Силиконовая жидкость DOT 5 слабогигроскопична, а значит имеет более длительный срок службы. Для DOT-5 он может достигать 10-15 лет, но при этом есть ряд других проблем, в частности это высокая степень аэрации из-за высокого показателя расворимости воздуха в жидкости, и как результат, DOT 5 запрещена к эксплуатации в автомобилях в которых установлена ABS. Основные отличия тормозных жидкостей – температура кипения и абсорбция влаги. Чем выше температура кипения, тем лучше тормозная жидкость, но при этом будет она будет дороже. Тормозная жидкость класса DOT 3 – для этого класса жидкостей основа – соединения гликолей (двухатомных спиртов). Использование гликоля удешевляет стоимость ее изготовления, но при этом DOT-3 более гигроскопична, то есть быстрее накапливает влагу. И это приводит к снижению температуры кипения у тормозных жидкостей данного класса. Тормозная жидкость класса DOT 4 – жидкость с улучшенными характеристиками, рассчитанные на работу в автомобилях с дисковыми и дисковыми вентилируемыми тормозами. Ее основа – соединения сложных 87 эфиров с борной кислотой. Борная кислота, которая входит в состав DOT-4 полностью нейтрализует конденсат воды. Это приводит к образованию меньшего количества влаги по сравнению с жидкостью DOT 3, и способствует поддержанию заданного уровня температуры кипения, а также увеличивает срок службы жидкостей класса DOT-4. Тормозная жидкость класса DOT-4 относится к высококачественным тормозным жидкостям. Тормозная жидкость класса DOT 5 — изготавливается но основе силикона и негигроскопична, то есть не поглощает попавшую в тормозную систему влагу не смешивается с ней, и это может привести к накоплению воды в нижних точках тормозной системы и в замерзании этой попавшей в систему воды при низких температурах. Тормозная жидкость класса DOT 5.1 – жидкость этого класса имеет состав похожий на жидкость DOT-4 но, за счет использования присадок имеет большую температуру кипения. Это позволяет применять DOT 5.1 в тормозных системах автомобилей, развивающих большую скорость. Необходимо соблюдать правило по которому более высокий класс жидкости можно добавлять в более низкий, а наоборот смешивать нельзя. Жидкости класса DOT 3 на сегодняшний день считаются устаревшими, так как изначально они были рассчитаны на эксплуатацию в ненагруженных тормозных системах автомобилей. ТЖ с улучшенными эксплуатационными характеристиками, соответствующие требованиям DOT 4, рассчитаны на современные автомобили с повышенными динамическими качествами. Жидкости класса DOT 5 (DOT 5.1) используются, в основном, в автомобилях, которые эксплуатируются в тяжелых режимах с частыми разгонами и интенсивными торможениями. В тормозной системе таких автомобилей возникают повышенные динамические и температурные нагрузки. Тип жидкости DOT 3 DOT 4 DOT 5.1 Температура кипения новой тормозной жидкости, °C 205 230 260 88 Температура кипения "старой" жидкости, °C 140 155 180 Вязкость новой жидкости при температуре -40 °C, мм2/с 1500 1800 900 «Нева» - тормозная жидкость на основе 51...59 % этилкарбитола, 31…34 % диолов, 5 % эфиров и 13,5 % смесей гликолей и полигликолей, а также вязкостная и противокоррозионная присадки. Имеет цвет от светло-жёлтого до жёлтого, прозрачная. Она рекомендуется для легковых автомобилей. Wh = + 190…195 0С, ^рим = +50.-50 0С. Плотность при + 20 0С 1012…1015 кг/м3. Жидкость огнеопасна, при попадании на кожу вызывает дерматит. «Томь» - состоит из этилкарбитола, боратов, загущающих, антикоррозионных и противоизносных присадок. Имеет цвет от светло-жёлтого до жёлтого. W = + 205.220 0С, Цим = + 50.- 50 0С. При температуре окружающего воздуха ниже - 40 0С допускается добавка до 20 % этилового спирта. «Роса» - тормозная жидкость на основе боросодерожащих олигомеров алкиленоксидов, в которую введены антиокислительная и антикоррозионная присадки. t^ = + 260 0С, ^рим = + 50.- 50 0С. Имеет цвет от светло- жёлтого до светло-коричневого. Жидкость «Роса ДОТ-4» превосходит «Росу» по эксплуатационным свойствам. БСК - смесь равных частей касторового масла и бутанола (50х50 %), окрашена в оранжево-красный цвет. В автомобилях ВАЗ не применяется. Рекомендуется использовать в зонах умеренного климата не ниже - 20 0С из-за кристаллизации касторового масла, которая уже начинается при - 5 С. Wn = 115 0С. Плотность при 20 0С 890.9000 кг/м3. Жидкость обладает хорошими смазывающими свойствами, не вызывает большого набухания или размягчения уплотнительных деталей тормозной системы. АСК - смесь равных частей касторового масла с изопентенолом. 89 ЭСК - смесь равных частей касторового масла с этанолом. Жидкости АСК и ЭСК рекомендуется использовать в том же температурном диапазоне, что и жидкость БСК. Эти жидкости могут давать при высоких температурах паровые пробки, так как имеют низкую температуру кипения (этанол кипит при 78 0С). ГТЖ-22М - жидкость на основе двухатомных спиртов с антикоррозионной и противоизносной присадками. W = + 190 0С, tnpHM = + 50.- 50 0С. Эти жидкости имеют зелёный цвет, застывают при температуре не выше - 65 0С, ядовиты. 4.3 Амортизаторные жидкости Амортизаторные жидкости используют в качестве жидкой среды в телескопических и рычажно-кулачковых амортизаторах автомобилей и других машин. Работа амортизатора основана на поглощении кинетической энергии колебания подрессоренных масс при протекании под давлением жидкости через узкие отверстия из одной полости в другую. Эти жидкости должны иметь пологую вязкостно-температурную характеристику, низкую температуру застывания, необходимую вязкость. Температура амортизаторных жидкостей может изменяться от температуры окружающего воздуха, например, - 50 0С в северных районах, до + 120.140 0С при работе. Давление жидкости в амортизаторах достигает 8.12 МПа. Основное требование к амортизаторным жидкостям - оптимальная вязкость с минимальными изменениями во всём рабочем диапазоне температур. АЖ-170 - смесь полиэтилсилоксанов с очищенным нефтяным маслом. Применяют в интервале температур - 60.+ 130 0С, ^спыш = + 245 0С. МГП-10 - смесь маловязкого трансформаторного масла и синтетической полиэтилсилоксановой жидкости, в которую для улучшения эксплуатационных свойств введены осернённый кашалотовый жир, полимерная депрессорная, а также антиокислительная и антипенная присадки. Застывает жидкость при - 40 0С, tвспыш = + 150 0С, tзастыв = - 40 0С. МГП-12. В состав её входят антиокислительные и противопенные присадки. Кинематическая вязкость при + 50 С 12 мм /с. АЖ-12Т - фракция трансформаторного масла, загущена полиэтилсилоксановой жидкостью с добавлением противоизносной и антиокислительной присадок. Кинематическая вязкость при + 50 0C 10 мм2/с, t^a-™ = - 55 0С, что 90 обеспечивает мягкую работу амортизаторов в любое время года. Это прозрачная жидкость от светло-жёлтого до светло-коричневого цвета. Широко используют заменители амортизаторных жидкостей: АУ (МГ-22-А) и АУП (МГ-22-Б). Однако у них высокая температура застывания и неудовлетворительная вязкостно-температурная характеристика. Их вязкость быстро возрастает при понижении температуры окружающего воздуха. В связи с этим увеличивается жёсткость работы амортизаторов. Смесь турбинного и трансформаторного масел в соотношении примерно 1:1. Однако эта смесь не в полной мере отвечает требованиям, так как имеет недостаточно хорошую вязкостно-температурную характеристику и высокую температуру застывания (- 30 0С). 4.4 Гидравлические масла 4.4.1 Общие требования и свойства Гидравлические масла (рабочие жидкости для гидравлических систем) разделяют на нефтяные, синтетические и водно-гликолевые. По назначению их делят в соответствии с областью применения: ● для летательных аппаратов, мобильной наземной, речной и морской техники; ● для гидротормозных и амортизаторных устройств различных машин; ● для гидроприводов, гидропередач и циркуляционных масляных систем различных агрегатов, машин и механизмов, составляющих оборудование промышленных предприятий. Основная функция рабочих жидкостей (жидких сред) для гидравлических систем – передача механической энергии от ее источника к месту использования с изменением значения или направления приложенной силы. С целью удовлетворения требований, продиктованных указанными тенденциями развития гидроприводов, современные рабочие жидкости (гидравлические масла) для них должны обладать определенными характеристиками: ● иметь оптимальный уровень вязкости и хорошие вязкостнотемпературные свойства в широком диапазоне температур, т.е. высокий индекс вязкости; ● отличаться высоким антиокислительным потенциалом, а также термической и химической стабильностью, обеспечивающими длительную бессменную работу жидкости в гидросистеме; 91 ● защищать детали гидропривода от коррозии; ● обладать хорошей фильтруемостью; ● иметь необходимые деаэрирующие, деэмульгирующие и антипенные свойства; ● предохранять детали гидросистемы от износа; ● быть совместимыми с материалами гидросистемы. Большинство массовых сортов гидравлических масел вырабатывают на основе хорошо очищенных базовых масел, получаемых из рядовых нефтяных фракций с использованием современных технологических процессов экстракционной и гидрокаталитической очистки. При выборе вязкости гидравлического масла важно знать тип насоса. Изготовители насоса, как правило, рекомендуют для него пределы вязкости: максимальный, минимальный и оптимальный. Максимальная – это наибольшая вязкость, при которой насос в состоянии прокачивать масло. Она зависит от мощности насоса, диаметра и протяженности трубопровода. Минимальная – это та вязкость при рабочей температуре, при которой гидросистема работает достаточно надежно. Если вязкость уменьшается ниже допустимой, растут объемные потери (утечки) в насосе и клапанах, соответственно падает мощность и ухудшаются условия смазывания. Пониженная вязкость гидравлического масла вызывает наиболее интенсивное проявление усталостных видов изнашивания контактирующих деталей гидросистемы. Повышенная вязкость значительно увеличивает механические потери привода, затрудняет относительное перемещение деталей насоса и клапанов, делает невозможной работу гидросистем в условиях пониженных температур. Для улучшения вязкостно-температурных свойств применяют вязкостные (загущающие) присадки - полимерные соединения. В составе товарных гидравлических масел в качестве загущающих присадок используют полиметакрилаты, полиизобутилены и продукты полимеризации винилбутилового эфира (винипол). Антиокислительная и химическая стабильности характеризуют стойкость масла к окислению в процессе эксплуатации под воздействием температуры, усиленного барботажа масла воздухом при работе насоса. Окисление масла приводит к изменению его вязкости (как правило, к повышению) и к накоплению в нем продуктов окисления, образующих осадки и лаковые отложения на поверхностях деталей гидросистемы, что затрудняет ее работу. 92 Повышения антиокислительных свойств гидравлических масел достигают путем введения антиокислительных присадок обычно фенольного и аминного типов. В гидросистемах машин и механизмов присутствуют детали из разных металлов: разных марок стали, алюминия, бронзы, которые могут подвергаться коррозионно-химическому изнашиванию. Коррозия металлов может быть электрохимической, возникающей обычно в присутствии воды, и химической, протекающей под воздействием химически агрессивных сред (кислых соединений, образующихся в процессе окисления масла) и под воздействием химически 4.4.2 Первичные, вторичные и третичные характеристики гидравлических масел К первичным функциям и свойствам гидравлических жидкостей относятся: ● передача энергии давления и кинетической энергии; ● передача сил и крутящих моментов при использовании жидкости в качестве смазочного масла; ● минимизация износа поверхностей скольжения в условиях граничного трения: ● минимизация трения; ● защита компонентов от коррозии (черных и цветных металлов); ● рассеяние тепла; ● применение в широком диапазоне температур, обеспечении хороших вязкостно-температурных характеристик; ● увеличение сроков службы машин и оборудования и т. д. Вторичные характеристики: ● высокая окислительная стабильность; ● хорошая термическая стабильность; ● инертность к металлам; ● совместимость с металлами и эластомерами; ● хорошая аэрационная способность; ● низкое вспенивание; ● хорошая фильтруемость; ● хорошее водоотделение; ● хорошая стойкость к сдвигу в случае неньютоновских жидкостей и т.д. 93 Третичные характеристики: ● низкая испаряемость в результате низкого давления насыщенных паров; ● токсикологическая безвредность; ● экологическая безопасность; ● низкая воспламеняемость (огнестойкость) и т. д. 4.4.3 Система обозначения гидравлических масел Принятая в мире классификация минеральных гидравлических масел основана на их вязкости и наличии присадок, обеспечивающих необходимый уровень эксплуатационных свойств. В соответствии с ГОСТ 17479.3–85 (“Масла гидравлические. Классификация и обозначение”) обозначение отечественных гидравлических масел состоит из групп знаков, первая из которых обозначается буквами “МГ” минеральное гидравлическое), вторая – цифрами и характеризует класс кинематической вязкости, третья – буквами и указывает на принадлежность масла к группе по эксплуатационным свойствам. По ГОСТ 17479.3-85 (аналогично международному стандарту ISO 3448) гидравлические масла по значению вязкости при 40 °С делятся на 10 классов (см. таблицу 4.4.1). Класс вязкости 5 7 10 15 22 32 46 68 100 150 Таблица 4.4.1. Классы вязкости гидравлических масел Кинематическая вязкость при 40 °С, мм2/с 4,14 – 5,06 6,12 – 7,48 9,00 – 11,00 13,50 – 16,50 19,80 – 24,20 28,80 – 35,20 41,40 – 50,60 61,20 – 74,80 90,00 – 110,00 135,00 – 165,00 В зависимости от эксплуатационных свойств и состава (наличия соответствующих функциональных присадок) гидравлические масла делят на группы А, Б и В. Группа А (группа НН по ISО) – нефтяные масла без присадок, применяемые в малонагруженных гидросистемах с шестеренными или поршневыми насосами, работающими при давлении до 15 МПа и максимальной температуре масла в объеме до 80 °С. 94 Группа Б (группа HL по ISO) – масла с антиокислительными и антикоррозионными присадками. Предназначены для средненапряженных гидросистем с различными насосами, работающими при давлениях до 25 МПа и температуре масла в объеме свыше 80 °С. Группа В (группа HM по ISO) – хорошо очищенные масла с антиокислительными, антикоррозионными и противоизносными присадками. Предназначены для гидросистем, работающих при давлении свыше 25 МПа и температуре масла в объеме свыше 90 °С. В масла всех указанных групп могут быть введены загущающие (вязкостные) и антипенные присадки. Загущенные вязкостными полимерными присадками гидравлические масла соответствуют группе НV по ISO 6743/4. В таблице 4.4.2 приведено обозначение гидравлических масел существующего ассортимента в соответстствии с классификацией по ГОСТ 17479.3-85. Таблица 4.4.2 Соответствие обозначения гидравлических масел по ГОСТ и торговых марок Обозначение масла по ГОСТ 17479.3-85 Торговое обозначение масла МГ – 5 – Б МГЕ – 4А, ЛЗ – МГ – 2 МГ – 7 – Б МГ – 7 – Б, РМ МГ – 10 – Б МГ – 10 – Б, РМЦ МГ – 15 – Б АМГ – 10 МГ – 15 – В МГЕ – 10А, ВМГЗ МГ – 22 – А АУ МГ – 22 – Б АУП МГ – 22 – В «Р» МГ – 32 – А «ЭШ» МГ – 32 – В «А», МГТ МГ – 46 – В МГЕ – 46В МГ – 68 – В МГ – 8А – (М8 – А) МГ – 100 – Б ГЖД – 14с В таблице 4.4.2 кроме чисто гидравлических масел включены масла марок "А", "Р", МГТ, отнесенные к категории трансмиссионных масел для гидромеханических передач. Однако благодаря высокому индексу вязкости, хорошим низкотемпературным и эксплуатационным свойствам и из-за отсутствия гидравлических масел такого уровня вязкости они также используются в гидрообъемных передачах и гидросистемах навесного оборудования наземной техники. 95 Некоторые давно разработанные и выпускаемые гидравлические масла по значению вязкости нестрого соответствуют классу по классификации, обозначенной ГОСТ 17479.3-85, а занимают промежуточное положение. Например, масло ГТ-50, имеющее вязкость при 40 °С 17-18 мм2/с, находится в ряду классификации между 15 и 22 классами вязкости. По вязкостным свойствам гидравлические масла условно делятся на следующие: ● маловязкие - классы вязкости с 5 по 15; ● средневязкие - классы вязкости 22 и 32; ● вязкие - классы вязкости с 46 по 150. 4.4.4 Маловязкие гидравлические масла Масло гидравлическое МГЕ-4А (ОСТ 38 01281-82) - глубокоочищенная легкая фракция, получаемая гидрокрекингом из смеси парафинистых нефтей, загущенная вязкостной присадкой. Содержит ингибиторы окисления и коррозии. Обладает исключительно хорошими низкотемпературными свойствами. Масло МГЕ-10А (ОСТ 38 01281-82) - глубокодеароматизированная низкозастывающая фракция, получаемая из продуктов гидрокрекинга смеси парафинистых нефтей. Содержит загущающую, антиокислительную, антикоррозионную и противоизносную присадки. Масло предназначено для работы в диапазоне температур от -(60-65) до +(70-75) °С. Масло АМГ-10 (ГОСТ 6794-75) - для гидросистем авиационной и наземной техники, работающей в интервале температур окружающей среды от -60 до +55 °С. Вырабатывается на основе глубокодеароматизированной низкозастывающей фракции, получаемой из продуктов гидрокрекинга смеси парафинистых нефтей и состоящей из нафтеновых и изопарафиновых углеводородов. Содержит загущающую и антиокислительную присадки, а также специальный отличительный органический краситель. Масло ЛЗ-МГ-2 (ТУ 38.101328-81) получают вторичной перегонкой очищенной керосиновой фракции из нефтей нафтенового основания. Содержит загущающую и антиокислительную присадки. Благодаря отличным низкотемпературным характеристикам используется в гидросистемах, обеспечивает быстрый запуск техники и работу при температурах до -60...-65 °С. 96 Масла РМ, РМЦ (ГОСТ 15819-85) – дистиллятные масла, получаемые из нафтеновых нефтей, обладают улучшенными смазывающими свойствами. Применяют в автономных гидроприводах специального назначения, эксплуатируемых при температуре окружающей среды от -40 до +55 °С. Масло МГ-7-Б (ТУ 38.401-58-101-92) – дистиллятное масло из продуктов гидрокрекинга смеси парафинистых сернистых нефтей, получаемое при вакуумной разгонке основы АМГ-10 и содержащее антиокислительную присадку. Масло МГ-10-Б (ТУ 38.401-58-101-92) - дистиллятное масло из продуктов гидрокрекинга смеси парафинистых сернистых нефтей, получаемое из узкой фракции основы АМГ-10. Содержит вязкостную и антиокислительную присадки. Масла МГ-7-Б и МГ-10-Б применяют в качестве низкозастывающих рабочих жидкостей и как заменители масел РМ и РМЦ. Масло гидравлическое ВМГЗ (ТУ 38.101479-86) – маловязкая низкозастывающая минеральная основа, вырабатываемая посредством гидрокаталитического процесса, загущенная полиметакрилатной присадкой. Содержит присадки: противоизносную, антиокислительную, антипенную. Масло предназначено для систем гидропривода и гидроуправления строительных, дорожных, лесозаготовительных, подъемно-транспортных и других машин, работающих на открытом воздухе при температурах в рабочем объеме масла от -40 до +50 °С в зависимости от типа гидронасоса. Для северных регионов рекомендуется как всесезонное, а для средней географической зоны – как зимнее. Кроме перечисленных гидравлических масел осваивается производство масел МГБ-10 и МГБ-15 (ТУ 0253-002-05766528-97). 4.4.5 Средневязкие гидравлические масла Масло веретенное АУ (ТУ 38.1011232-89) получают из малосернистых и сернистых парафинистых нефтей с использованием процессов глубокой селективной очистки фенолом и глубокой депарафинизации. Содержит антиокислительную присадку. Масло обеспечивает работу гидроприводов в диапазоне температур от -(30-35) до +(90-100) °С. Масло гидравлическое АУП (ТУ 38.1011258-89) получают добавлением в веретенное масло АУ антиокислительной и антикоррозионной присадок. 97 Предназначено для гидрообъемных передач наземной и морской специальной техники. Работоспособно при температуре окружающей среды от +80 до -40 °С. Благодаря наличию антикоррозионной присадки масло надежно предохраняет от коррозии (в том числе во влажной среде) черные и цветные металлы. Масло ЭШ для гидросистем высоконагруженных механизмов (ГОСТ 10363-78) представляет собой средневязкий дистиллят, в который после глубокой селективной очистки и глубокой депарафинизации вводят полимерную загущающую и депрессорную присадки. Масло предназначено для гидросистем управления высоконагруженных механизмов (шагающих экскаваторов и других аналогичных машин). Работоспособно в интервале температур от -40 до +(80-100) °С. Масло ГТ-50 для гидродинамических передач тепловозов (ТУ 0253-01139247202-96) – маловязкое минеральное масло глубокой селективной очистки, содержащее композицию присадок, улучшающих антиокислительные, противоизносные, антикоррозионные и антипенные свойства. Применяют для смазывания турборедуктора гидропередачи дизель-поездов. Масло обладает хорошей смазочной способностью, высокой термоокислительной стабильностью и стабильностью вязкости. Масло "Ангрол МГ-32АС" (ТУ 0253-277-05742746-94) вырабатывают на базе гидрированного полимеризата с вязкостью 6,2 мм2/с при 100 °С с добавлением полимерной (загущающей и депрессорной), антиокислительной, противоизносной, диспергирующей и антипенной присадок. Требования по нормам показателей физико-химических и эксплуатационных свойств практически идентичны требованиям ГОСТ 10363-78 на масло ЭШ аналогичного назначения. В сравнении с маслом ЭШ масло "Ангрол МГ32АС" обладает более низкой температурой застывания и более высоким потенциалом антиокислительных и противоизносных свойств. Масло разработано для гидросистем шагающих экскаваторов, эксплуатируемых в районах Восточной Сибири. 4.4.6 Вязкие гидравлические масла Масло МГЕ-46В (ТУ 38 001347-83) для гидрообъемных передач вырабатывают на базе индустриальных масел с антиокислительной, противоизносной, депрессорной и антипенной присадками. Масло обладает 98 высокой стабильностью эксплуатационных (вязкостных, противоизносных, антиокислительных) свойств, не агрессивно по отношению к материалам, применяемым в гидроприводе. Предназначено для гидравлических систем (гидростатического привода) сельскохозяйственной и другой техники, работающей при давлении до 35 МПа с кратковременным повышением до 42 МПа. Работоспособно в диапазоне температур от -10 до +80 °С. Ресурс работы в гидроприводах с аксиальнопоршневыми машинами достигает 2500 ч. Масло МГ-8А (ТУ 38.1011135-87) представляет собой смесь дистиллятного и остаточного компонентов с добавлением депрессорной, антипенной и многокомпонентной (улучшающей антиокислительные, антикоррозионные и диспергирующие характеристики) присадок. Обладает достаточно высоким уровнем противоизносных свойств. Применяют в гидравлических системах навесного оборудования и рулевого управления тракторов, самоходных сельскохозяйственных машин и самосвальных автомобилей. Ранее масло такого состава выпускали по ГОСТ 10541-78 под маркие моторные масла М-8А для карбюраторных двигателей. Гидравлическая жидкость ГЖД-14с (ТУ 38.101252-78) – смесь глубокоочищенных статочного дистиллятного компонентов из сернистых нефтей. Для улучшения эксплуатационных свойств в масло вводят антиокислительную, антикоррозионную и антипенную присадки. Применяют в основных гидравлических системах винтов регулируемого шага судов. 4.5 Пусковые жидкости Пусковые свойства двигателей зависят от качества применяемых топлив и масел. Пуск двигателей при низких температурах облегчается при использовании бензинов с большим количеством лёгких фракций, дизельных топлив с высоким цетановым числом и масел с небольшой вязкостью при низких температурах. Однако даже очень хорошие топлива не могут обеспечить одновременно и пуск двигателя при низких температурах, и бесперебойную работу прогретого двигателя. В связи с этим широкое распространение получают специальные жидкости, с помощью которых осуществляется запуск двигателя при низких температурах. В России применяют две жидкости: «Холод Д-40» для дизелей и «Арктика» для бензиновых двигателей. Таблица 4.5.1 Состав отечественных пусковых жидкостей Компонент Содержание компонента, % 99 «Арктика» 45…60 1…5 35…55 2 Этиловый эфир Изопропилнитрат Смесь низкокипящих углеводородов Масло «Холод Д-40» 58…62 13…17 13…17 8...12 Обязательным компонентом пусковых жидкостей является этиловый эфир С2Н5-О-С2Н5. У него низкая температура самовоспламенения, высокое давление насыщенных паров и широкие пределы воспламеняемости. При пуске холодного двигателя повышается теплоотдача в стенки цилиндра и также вследствие других причин понижается температура воздуха в конце такта сжатия. В таком состоянии этиловый эфир позволяет обеспечить самовоспламенение горючей смеси при относительно невысоких температурах + 190...220 0С. При этом наиболее эффективно применять этиловый эфир в чистом виде. Однако в данном случае происходит очень резкое повышение давления в цилиндре двигателя, что может привести к поломке деталей. Чтобы избежать подобного, содержание этилового эфира в пусковых жидкостях для дизелей обычно доводят до 60…75 %. В бензиновых двигателях при пуске используют свойство этилового эфира воспламеняться в смеси с воздухом в широких концентрационных пределах. Это позволяет достичь воспламенения с помощью искры очень бедных смесей. Но содержание этилового эфира в пусковых жидкостях для бензиновых двигателей может быть меньшим, чем в жидкостях для дизелей. При использовании пусковой жидкости в дизеле воспламенение начинается с воспламенения этилового эфира и в последнюю очередь воспламеняется само топливо. Для обеспечения постепенного и последовательного воспламенения в состав пусковых жидкостей вводят изопропилнитрат и смесь низкокипящих углеводородов. Изопропилнитрат воспламеняется несколько позже этилового эфира, но раньше основного топлива. Смесь низкокипящих углеводородов, целиком испаряясь в цилиндре, воспламеняется несколько позже изопропил- нитрата, но также раньше основного топлива. Наличие такой последовательной цепочки обеспечивает хорошую подготовку основного топлива к воспламенению и началу видимого сгорания, что существенно снижает скорость нарастания давления. Оптимальное содержание изопропилнитрата и смеси низкокипящих углеводородов в жидкостях для дизелей составляет менее 15 %. 100 В жидкостях для бензиновых двигателей смесь низкокипящих углеводородов обеспечивает образование горючей смеси, способной воспламеняться от искры. Учитывая необходимость подготовки горючей смеси при довольно низких температурах, в жидкость для бензиновых двигателей добавляют смесь самых низкокипящих углеводородов в большем количестве, чем в жидкость для дизелей. Надёжной подготовке топливовоздушной смеси к воспламенению от искры способствует введение в состав жидкости для бензиновых двигателей небольшого количества изопропилнитрата. Снижение износа трущихся деталей в первый период пуска двигателей достигается введением в состав пусковых жидкостей масла, содержащего противоизносные или противозадирные присадки. В дизелях в период пуска возникают более высокие нагрузки на трущиеся пары, чем в бензиновых двигателях. Исследованиями установлено, что для снижения пускового износа в составе дизельной пусковой жидкости должно быть не менее 10 % масла. Применение такой жидкости в бензиновых двигателях приводит к «замасливанию» свечей зажигания, к перебоям к появлению искры. В связи с этим в пусковых жидкостях для бензиновых двигателей содержание масла не должно превышать 2 %. Такое количество масла обеспечивает смазку трущихся деталей в первый период пуска менее напряжённого бензинового двигателя и в то же время не вызывает нарушений в работе свечей зажигания. Кроме указанных основных компонентов, в пусковые жидкости добавляют в небольшой концентрации некоторые присадки, улучшающие те или иные эксплуатационные свойства. Применение пусковых жидкостей позволяет уменьшить минимальную частоту вращения коленчатого вала двигателя при пуске в несколько раз. Пусковые жидкости «Арктика» и «Холод Д-40» позволяют запускать холодные двигатели без подогрева при температуре окружающего воздуха до 40 0С. При этом необходимо применять загущенные или маловязкие моторные масла и заряженный аккумулятор. При температурах воздуха ниже - 40 0С двигатели можно пустить только после предварительного разогрева. Однако и в этом случае применение пусковых жидкостей позволяет сократить длительность разогрева двигателя и повысить надёжность его пуска. Долгое время считали, что пуск холодного двигателя сопровождается резким увеличением износа трущихся деталей. Повышение износостойкости металлов и применение эффективных присадок к моторным маслам позволили резко уменьшить пусковые износы двигателей. В состав отечественных 101 пусковых жидкостей «Арктика» и «Холод Д-40» входит масло с необходимыми присадками. Таким образом, применение пусковых жидкостей является эффективным средством сокращения сроков пуска двигателей и повышения его надёжности при любых отрицательных температурах. Жидкость «Арктика» поставляется в баллонах объёмом 20 мл, впрыскивается во впускной трубопровод с помощью приспособления 5 ПП-40 или 6 ПП-40. Жидкость «Холод Д-40» выпускается в баллонах объёмом 20, 50 и 100 мл и впрыскивается в камеру сгорания с помощью специального приспособления. 4.6 Электролиты для аккумуляторных батарей 4.6.1 Назначение АКБ - запуск двигателя; - питание приборов электрооборудования при малой частоте вращения коленчатого вала, когда мощности генератора недостаточно, или при неработающем двигателе; - использование в качестве аварийного источника питания при поломке генератора; - сглаживание напряжения, поступающего от генератора (для инжекторных двигателей) 4.6.2 Устройство АКБ Подавляющее большинство аккумуляторов производимых на данный момент являются кислотно-свинцовыми и в них используется принцип двойной сульфации (данная технология была разработана в 1858 г. и используется до сих пор). Сейчас еще производятся герметизированные аккумуляторы с иммобилизованным электролитом, они могут работать в любом пространственном положении. Аккумулятор – это контейнер, который состоит из шести отдельных секций. Каждая отдельная секция представляет собой отдельный источник питания (вырабатывает каждая секция около 2,1В), внутри секции находятся две пластины (сделаны из свинца), положительная и отрицательная, отделенные друг от друга. Масса аккумулятора состоит из: веса электролита, свинцовых пластин и соединений, и составляет примерно 16-17 кг. 102 Рисунок 4.6.1 – Конструкция аккумулятора В свинцовые пластины добавляют сурьму (для увеличения прочности пластин), но, к сожалению, наличие сурьмы ведет к выкипанию воды из электролита, из-за чего почти во все типы аккумуляторов надо доливать воду. Благодаря прогрессу количество сурьмы в пластинах удалось уменьшить, что привело к появлению малообслуживаемых и гибридных аккумуляторов. Аккумуляторная батарея имеет полипропеленовый полупрозрачный корпус 1 (рис. 4.6.1), разделенный перегородками на шесть отсеков, представляющих собой отдельные аккумуляторы. Сверху аккумуляторы закрыты общей полипропеленовой крышкой 2, приваренной к корпусу ультразвуковой сваркой. В крышке имеются отверстия для заливки электролита в каждый аккумулятор и для прохода двух полюсных выводов батареи: плюсового и минусового. Каждый отсек состоит из двух полублоков чередующихся пластин: положительных 9 и отрицательных 10. Пластины одинаковой полярности приварены к межэлементным соединениям 4, которые служат для крепления пластин и выводов тока и соединяют отсеки батареи между собой. Решетки пластин отлиты из сплава свинца с добавлением кальция и сурьмы, что замедляет процесс разложения электролита и саморазряд аккумуляторов. Для увеличения емкости в решетку пластин впрессовывают активную массу, приготовленную на водном растворе серной кислоты из окислов свинца – свинцового сурика (Рb3О4) и свинцового глета (РbО) – для положительных пластин и свинцового порошка – для отрицательных пластин. Одноименные пластины соединяются в полублоки, заканчивающиеся выводными 103 полюсными штырями. Полублоки с положительными и отрицательными пластинами собирают в блок таким образом, что положительные пластины располагаются между отрицательными, поэтому последних на одну больше. Это позволяет лучше использовать двустороннюю активную массу крайних положительных пластин и предохраняет их от коробления и разрушения. Положительные пластины аккумулятора помещаются в сепараторы, изготовленные в виде конвертов из тонкого пластикового микропористого материала. Это исключает их короткое замыкание отрицательными пластинами, а малая толщина и большая пористость облегчают прохождение через них электролита, снижают внутреннее сопротивление и обеспечивают получение разрядного тока большой силы. Кроме того это исключает короткое замыкание пластин выпадающей активной массой, позволяет устанавливать блоки пластин непосредственно на днище бака без ребер и значительно увеличить объем электролита над пластинами и тем самым увеличить срок доливки дистиллированной воды при эксплуатации автомобиля. Для облегчения проверки уровня электролита в каждом аккумуляторе у заливных отверстий снизу имеются трубчатые индикаторы (тубусы) 7. Нижний срез индикатора находится на требуемой высоте от уровня пластин. При нормальном уровне поверхность электролита образует четко видимый через наливное отверстие мениск (эллипс). Кроме того, на полупрозрачном пластмассовом корпусе аккумуляторной батареи могут быть метки «MIN» и «MАХ» между которыми должен находиться уровень электролита. Полублоки положительных 9 и отрицательных 10 пластин отдельных аккумуляторов соединены между собой межэлементными соединениями, проходящими через пластмассовые перегородки, и соединяются соответственно с положительными 3 и отрицательными 5 выводами батареи. Выводы большинства отечественных и импортных аккумуляторных батарей имеют конусную форму, обеспечивающую сохранение надежного контакта с клеммами проводов при износе их в процессе эксплуатации и имеют стандартные размеры. Причем положительный вывод батареи по диаметру больше отрицательного, что исключает возможность нарушения полярности при установке батареи на автомобиль. На верхней поверхности батареи расположены отверстия для заливки электролита в каждый аккумулятор батареи, закрываемые пробками 6. Пробки имеют вентиляционные отверстия для вывода газов, образующихся в процессе работы батареи. У новых незалитых батарей вентиляционные отверстия 104 закрыты специальными герметизирующими приливами, которые при заливке в батарею электролита удаляются (срезаются). Электролит, заливаемый в аккумуляторную батарею, представляет собой раствор химически чистой аккумуляторной кислоты с дистиллированной водой. 4.6.3 Принцип работы аккумулятора Сама работа аккумулятора очень проста. На положительном электроде нанесена двуокись свинца (цвет темно-коричневый), на отрицательном – губчатый свинец (серого цвета), внутрь залит электролит – водный раствор серной кислоты. При начале работы (разрядка) активная масса отрицательного электрода превращается в сульфат цинка и отдает в электрическую цепь два электрона, активная масса положительного электрода также преобразуется в сульфат цинка, и принимает из электрической цепи два электрона. Для преобразования в сульфат цинка, как положительного, так и отрицательного электрода, тратится серная кислота - уменьшается массовая доля электролита. При зарядке, все наоборот, а также идет образование серной кислоты и увеличивается массовая доля электролита. 4.6.4 Технические характеристики и свойства аккумуляторной батареи Важнейшей технической характеристикой аккумуляторной батареи является ее емкость, которая характеризует способность батареи отдавать электроэнергию. Номинальная емкость (С) аккумуляторной батареи – это количество электричества в ампер-часах (Ач), которое способно отдать полностью заряженная батарея при непрерывном 20-часовом разряде с постоянной силой тока в амперах (А), численно равной 0,05С при температуре 25°С до напряжения на выводах батареи U = 10,5 В. Емкость аккумуляторной батареи определяется как ее конструктивными параметрами (пористостью материала электродов, их толщиной и качества пористостью материала сепараторов и т.д.), так и эксплуатационными факторами: плотностью заливаемого в батарею электролита, его температурой, степенью заряженности батареи и режимом ее разряда. При повышении плотности электролита емкость батареи повышается до определенных пределов. Однако, при чрезмерном увеличении плотности ускоряются коррозионные процессы на электродах, их разрушение, и соответственно, снижается срок службы батареи. При чрезмерной малой 105 плотности электролита снижается емкость батареи, а при низкой температуре окружающего воздуха зимой электролит может замерзнуть, и батарея выйдет из строя. Поэтому оптимальная плотность электролита устанавливается исходя из условий эксплуатации . При заряде батареи плотность электролита падает, поэтому по плотности электролита определяют состояние батареи и степень ее разряженности. Температура электролита определяется температурой окружающего воздуха и она несколько возрастает при заряде и разряде батареи. С понижением температуры емкость батареи уменьшается , в связи с повышением электрического сопротивления электролита и замедлением химических реакций. При уменьшении температуры электролита на 1° С емкость батареи снижается примерно на 1%. Таким образом, если номинальная емкость аккумуляторной батареи равна, например, 60 А.ч. при 25°С, то при снижении температуры окружающего воздуха и, соответственно, электролита до минус 25°С она станет на 50% или вдвое меньше и составит всего 30 Ач Степень заряженности аккумуляторной батареи влияет на плотность электролита . При заряде батареи плотность электролита повышается и увеличивается емкость батареи, достигая максимальных значений при полном ее заряде . Режим разряда батареи характеризуется силой разрядного тока и его прерывностью. Чем больше разрядный ток, тем меньше емкость аккумуляторной батареи. Например, если емкость батареи 6СТ-55 А при разряде ее током 2,75 А при температуре электролита 25° с составляет С=55А.ч.( номинальная емкость), то при разряде током 250 А (4,6 С ) емкость снижается более чем в два раза и составляет 22 Ач ( примерно 40% от С ). Емкость, отдаваемая аккумуляторной батареи при прерывистых разрядах , значительно превышает емкость при непрерывном разряде , что особенно важно учитывать при стартерном режиме разряда , когда величина разрядного тока очень высока (примерно 2-5 С ). К важнейшим техническим характеристикам аккумуляторной батареи относится также электродвижущая сила (ЭДС) батареи и ее напряжение. ЭДС батареи – это разность потенциалов на ее полюсных выводах без нагрузки (при разомкнутой внешней цепи). Данная характеристика взаимосвязана со степенью заряженности батареи и по ее величине так же , как 106 и по плотности электролита, можно оценивать состояние батареи и необходимость ее заряда. Напряжение батареи – это разность потенциалов на ее полюсных выводах в процессе заряда или разряда (при наличии тока во внешней цепи). Данная характеристика используется при оценке пусковых качеств батареи. Для оценки пусковых качеств аккумуляторной батареи применяют следующие основные характеристики стартерного разряда, измеряемое при температуре электролита 18°С: сила разрядного тока в А, напряжение в начале разряда в В (измеряется на батареях с пластмассовым корпусом на 30-й секунде стартерного разряда), время разряда в минутах (измеряется при разряде тока, численно равном 3 С до снижения напряжения батареи до 6 В). Саморазряд аккумуляторной батареи является чрезвычайно важным ее свойством, которое необходимо учитывать для правильной эксплуатации батареи и продления срока ее службы. Саморазрядом называют самопроизвольное снижение емкости аккумуляторной батареи при отключенных от нее потребителях, т. е. при бездействии. Обычно саморазряд батареи не превышает 1% в сутки, такой саморазряд называют естественным. При более высоком (более 1% в сутки) значении саморазряда, он считается ускоренным и это свидетельствует о неисправности батареи. На скорость саморазряда батареи оказывает влияние плотность и температура электролита, отсутствие примесей в электролите и доливаемой в него воде, загрязненность аккумуляторной батареи снаружи, а также срок ее эксплуатации. Скорость саморазряда батареи при повышении плотности электролита и ее температуры увеличивается, причем особенно интенсивно с увеличением срока ее службы. При отрицательных температурах саморазряд аккумуляторных батарей резко уменьшается, поэтому хранить их лучше при низких (до –30°С) температурах в заряженном состоянии. 4.6.5 Техническое обслуживание аккумуляторной батареи Аккумуляторные батареи делятся на четыре типа: обслуживаемые, малообслуживаемые, гибридные и необслуживаемые. Обслуживаемые: найти такие трудно, но возможно, производят их только в странах СНГ. По сравнению с другими у них много недостатков и мало плюсов, а именно: довольно таки дорогая стоимость, эбонитовый корпус (очень хрупкий), сверху они заливаются мастикой, которая из-за перепадов температуры и загрязнения теряет свои изоляционные свойства (аккумулятор 107 самопроизвольно разряжается, и очень быстро). Из плюсов можно отметить возможность замены блока пластин. Из минусов - с мастики надо регулярно сдувать (убирать) грязь и часто надо доливать воду, примерно каждые 5-7 тыс.км. пробега Малообслуживаемые: представлены очень широко, цены на них варьируются, от очень дешевых до дорогих, корпус пластиковый и очень надежный, воду надо заливать примерно каждые 20-30тыс.км. Гибридные: относятся к малообслуживаемым, за некоторыми но: решетки положительных и отрицательных электродов состоят из разных сплавов, таким образом «гибридные» аккумуляторы сочетают в себе положительные свойства двух технологий, а именно: высокие пусковые токи, низкий расход воды и «выносливость». Найти такие трудно, да и стоимость высоковата. Необслуживаемые: расход воды у таких аккумуляторов так мал, что крышек для залива воды уже нет, обслуживания не требуется никакого. Но есть несколько недостатков: надо проверять натяжение ремня генератора, исправность самого генератора, регулятора напряжения и отсутствие утечек тока в системе электрооборудования. Цена на них, как на качественные малообслуживаемые, и если Вы уверены в своем автомобиле – это идеальный вариант. Категорически не рекомендуются глубокие заряды и перезаряды аккумулятора. Это ведет к сульфатации свинцовых пластин, т.е. на пластинах появляется накипь. После такого аккумулятор восстановлению не подлежит. Из-за этого регулярно замеряйте плотность электролита. Особенно это актуально зимой. О степени разряженности батареи можно судить по плотности электролита. 0,01г/см3 – это примерно 6% заряда, изначальная плотность составляет 1,27г/см3. Заряжать батарею начинают летом – если разрядка составляет 50%, зимой – 25%. Если зимой плотность электролита упала до 1,20г/см3, то электролит будет замерзать примерно при -20С. Аккумулятор считается полностью заряженным, когда электролит "закипел". В среднем зарядка идет около 8-10 часов, но время может сильно варьироваться, все зависит от изначального заряда батареи. После закипания нужно подождать минут 10-15 и отключить зарядное устройство, после чего аккумулятор считается полностью заряженным. После зарядки аккумулятора желательно его тщательно промыть и просушить, т.к. на корпус батареи может попасть кислота или грязь. Это может привести к своевременному разряду 108 АКБ, т.к. его корпус пропускает напряжение. Это можно легко проверить нужно измерить напряжение крышки аккумулятора. Если оно отлично от нуля, то батарея пропускает напряжение и ее нужно промыть раствором соды. Только следите, чтобы данный раствор не попал в банки аккумулятора. 4.6.6 Неисправности аккумуляторной батареи Основные неисправности: сульфатация пластин, ускоренный саморазряд, короткое замыкание, утечка электролита, окисление полюсных штырей. Сульфатация пластин. В результате систематического недозаряда, длительного хранения незаряженной аккумуляторной батареи с электролитом, заряда батареи ниже допустимого предела, понижения уровня или увеличения плотности электролита на пластинах образуется белый налет из крупных кристаллов сернокислого свинца, называемый сульфатом. Сульфатированные пластины перестают участвовать в химической реакций. Ускоренный саморазряд батареи при ее эксплуатации и хранения возникает вследствие образования в активной массе пластин местных токов. Местные токи появляются при возникновении электродвижущей силы между окислами активной массы и решеткой пластин. Кроме того, при длительном хранении аккумуляторной батареи плотность электролита в нижних слоях становиться больше, чем в верхних. Это приводит к появлению разности потенциалов и возникновению уравнительных токов на поверхности пластин. Причины ускоренного саморазряда: загрязнение поверхности батареи; применение для доливки обычной воды; попадание внутрь металлических частиц и других веществ. Короткое замыкание. Разрушение сепаратора, выпадение активной массы, а так же ее оплавление могут вызвать непосредственное соприкосновение разноименных пластин − замыкание, в результате чего прекращается работа аккумуляторов. Признаками короткого замыкание внутри аккумулятора является "кипение" электролита и резкое падение напряжения. Аккумуляторная батарея, имеющая хотя бы один короткозамкнутый аккумулятор, к дальнейшей эксплуатации непригоден. Окисление полюсных штырей приводит к увеличению сопротивления во внешней цепи и даже прекращению тока. Подтекание электролита обнаруживают осмотром корпуса. Для устранения неисправности батареи сдают в ремонт. При вынужденной 109 временной эксплуатации батарею с этой неисправностью необходимо периодически добавлять в неисправное отделение бака электролит. 4.6.7 Ремонт аккумуляторной батареи Сульфатацию пластин устраняют проведением одного или нескольких циклов "заряд − разряд". Для этого аккумуляторную батарею необходимо полностью зарядить и довести плотность электролита в ней до нормальной величины (1,285 г/см³), путем добавления электролита плотностью 1,4 г/см³ и дистиллированной воды. Затем разрядить батарею через лампу током силой 4…5А до напряжения приблизительно 1,7В в каждом аккумуляторе. После этого батарею снова зарядить, цикл повторить 2−3 раза. Для устранения неисправности ускоренного саморазряда следует протереть поверхность батареи или заменить электролит, промыв бак внутри. Для устранения окисления полюсных штырей нужно снять клеммы проводов с полюсных штырей, зачистить их. Поставить на место и смазать снаружи тонким слоем технического вазелина. Обломы, трещины, сколы на поверхности корпуса картера глубиной не более 3 мм и общей площадью не более 5 см² устраняют разделкой с последующим заполнением пластмассы. Коробление стенок корпуса – бракуют. Трещины на корпусе проверяют на герметичность внешним осмотром и заполняют теплой водой. Трещины после промывки просушивают, разделывают с обоих сторон под углом 80-120 градусов на глубину 3-4 мм. Концы трещин засверливают диаметром 3…5 мм. Трещину зачищают наждачной бумагой. После приготовляют пасту. Для этого в эпоксидную смолу добавляют пластификатор и наполнитель (в качестве наполнителя используют стенки материала, из которого изготовлен корпус). Этой пастой замазывают трещину сначала с одной стороны, после затвердевания с другой стороны. 108 страниц, раскладка для печати: 108,1,106,3,104,5,102,7,100,9 2,107,4,105,6,103,8,101,10,99 110 98,11,96,13,94,15,92,17,90,19 12,97,14,95,16,93,18,91,20,89 88,21,86,23,84,25,82,27,80,29 22,87,24,85,26,83,28,81,30,79 78,31,76,33,74,35,72,37,70,39 32,77,34,75,36,73,38,71,40,69 68,41,66,43,64,45,62,47,60,49,58,51,56,53 42,67,44,65,46,63,48,61,50,59,52,57,54,55 111