Топливо и смазочные материалы: Задания для контрольных работ и рекомендации по их выполнению

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УДК 631.1-6; 631.3:621.89 (075.8)

Московский государственный агроинженерный университет имени В.П.Горячкина

Рецензент: Доктор технических наук, профессор Московского государственного агроинженерного университета имени В.П. Горячкина К.В. Рыбаков

Автор: Кузнецов А.В. А.В. Кузнецов Топливо и смазочные материалы. Задания для контрольных работ студентам 3 курса заочного образования и рекомендации по их выполнению. Разработаны в соответствии с программой дисциплины «Топливо и смазочные материалы» М-: МГАУ им. В.П Горячкина, 2001. 22 с ТОПЛИВО И СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

В работе представлены методические указания по изучению эксплуатационных свойств топлиа; смазочных материалов и специальных жидкостей, задания для контрольных работ и рекомендации по их выполнению

Задания для контрольных работ студентам 3 курса факультета заочного образования и рекомендации по их выполнению

© Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина, 2001

Москва 2001 2

Введение Топливо и смазочные материалы широко используются во всех отраслях народного хозяйства. Одним из основных потребителей нефтепродуктов, вырабатываемых в стране, является сельское хозяйство, оснащенное большим количеством тракторов, автомобилей, комбайнов и других сельскохозяйственных машин. Основной целью изучения дисциплины «Топливо и смазочные материалы» является овладение знаниями об эксплуатационных свойствах, количестве и рациональном применении в тракторах, автомобилях и сельскохозяйственной технике топлива, масел, смазок и специальных жидкостей. Студент должен также знать ассортимент, основные показатели качества и влияние их на технико-экономические характеристики машин. Следует всегда помнить, что одним из основных видов расходов при работе тракторов и автомобилей являются расходы на горюче-смазочные материалы. Качество применяемых горюче-смазочных материалов должно соответствовать особенностям машин. Неправильно подобранные топливо и смазочные материалы приводят к перерасходу нефтепродуктов, а главное, снижают долговечность, надежность, эффективность работы машин и механизмов, иногда приводят к аварийным поломкам. Студент должен технически грамотно подбирать сорта и марки топлива, смазочных материалов и специальных жидкостей при эксплуатации техники, анализировать и оценивать их эксплуатационные свойства, проводить контроль их качества с помощью приборов. 1. Топливо. Эксплуатационные свойства и применение. 1.1. Виды топлива, свойства и горение По физическому состоянию топливо бывает жидким, твердым и газообразным. Каждое из них может быть естественным (нефть, каменные и бурые угли, торф, сланцы, природный газ) и искусственным (бензин, дизельное топливо, кокс, полукокс, древесный уголь, генераторный газ, сжиженный газ и др.). В сельскохозяйственном производстве используют разные виды топлива, но в машинах, снабженных двигателями внутреннего сгорания, основным является жидкое топливо. Топливо состоит из горючей и негорючей части. Горючая часть топлива состоит из различных органических соединений, в состав которых входят углерод (С), водород (Н), кислород (О), сера (S). Углерод (С) и водород (Н) при сгорании выделяют большое количество теплоты. В небольших количествах в состав топлива входит сера (S), образующая при сгорании оксиды серы, вызывающие сильную коррозию, и поэтому является нежелательной составной частью. В виде внутреннего балласта в небольших количествах содержится кислород (О) и азот (N). Неорганическая часть топлива состоит из воды (W) и минеральных примесей (М), которые при сгорании образуют золу (А). Тепловая ценность топлива оценивается теплотой его сгорания, которая 3

может быть высшей (Qв) или низшей (Qн). Удельной теплотой сгорания твердого и жидкого топлива называют теплоту, выделяемую при полном сгорании одного кг массы топлива. Вычисляют теплоту сгорания (кДж/кг) обычно по формуле Д.И. Менделеева: -высшую: Qв = 339С + 1256Н - 109(О-S); -низшую; Qн = Qв - 25 (9Н + W) Элементный состав топлива выражен в процентах, численные коэффициенты показывают теплоту сгорания отдельных элементов, деленную на 100. Вычитаемое 25(9Н + W) представляет собой количество теплоты, затраченное на превращение влаги топлива в пар и уносимой в атмосферу с продуктами сгорания. Горение – это химическая реакция окисления топлива кислородом, воздуха сопровождающаяся выделением теплоты и резким повышением температуры. Процесс горения очень сложный, химические реакции в нем сопровождаются физическими явлениями, такими как перемешивание топлива и воздуха, диффузия, теплообмен и др. 1.2. Общие сведения о нефти и получение нефтепродуктов Основную массу топлива и смазочных материалов вырабатывают из нефти. В зависимости от физико-химических свойств нефти выбирается наиболее рациональное направление её переработки. Свойства получаемых нефтепродуктов зависят от химического состава нефти и способов её переработки. В состав нефти входят три основных класса углеводородов: парафиновые, нафтеновые и ароматические. При изучении современных способов получения топлива и масел из нефти нужно уяснить, что способы получения бензина могут быть физические и химические, масел и дизельного топлива – только физические. При физических способах не нарушается углеводородный состав нефти, а только разделяются по температурам кипения различные дистилляты. При химических способах изменяется углеводородный состав и образуются новые углеводороды, которых не было в исходном сырье. Ответственной и важной частью при получении топлива является очистка нефтепродуктов. Цель очистки – удаление из дистиллята вредных примесей (сернистых и азотных соединений, смолистых веществ, органических кислот и др.), а иногда и нежелательных углеводородов непредельных, полициклических и др.). Способы очистки разные – сернокислотная, гидрогенизационная селективная обработка адсорбентами и др. 1.3. Эксплуатационные свойства и применение автомобильного бензина Одним из главных требований, предъявляемых к бензину является его детонационная стойкость. Скорость распространения фронта пламени при нормальном горении топлива составляет 25 – 35 м/с. При определенных 4

условиях сгорание может перейти во взрывное, при котором фронт пламени распространяется со скоростью 1500 – 2500 м/с. При этом образуются детонационные волны, которые многократно отражаются от стенок цилиндра. При детонации появляются резкие звонкие металлические стуки в двигателе, тряска двигателя, периодически наблюдается черный дым и желтое пламя в выпускных газах; Мощность двигателя падает, перегреваются его детали. В результате перегрева происходит повышенный износ деталей, появляются трещины, имеет место прогорание поршней и клапанов. Детонационная стойкость бензина оценивается условной единицей, называемой октановым числом, которое определяют двумя методами: моторным и исследовательским. Эти методы отличаются только режимами нагрузки двигателя при оценке детонационной стойкости. Определяют октановое число на одноцилиндровой моторной установке с переменной степенью сжатия двигателя методом сравнения испытуемого бензина с эталонным топливом при одинаковой интенсивности их детонаций. Эталонное топливо представляет собой смесь двух углеводородов парафинового ряда: изооктана (С8Н18), его детонационная стойкость принимается за 100, и нормального гептана (С7Н16), детонационная стойкость которого принимается за 0. Октановое число равно процентному содержанию по объему изооктана в искусственно приготовленной смеси с нормальным гептаном, которая по своей детонационной стойкости равноценна испытуемому бензину. Для различных автомобильных двигателей подбирают бензин, обеспечивающий бездетонационную работу на всех режимах. Чем выше степень сжатия двигателя, тем выше требования к детонационной стойкости бензина, но одновременно и выше экономичность, и удельные мощные показатели двигателя. Эффективным способом повышения детонационной стойкости бензина является добавление к ним антидетонаторов, например тетраэтилсвинца, в виде этиловой жидкости. Бензин, в который добавлена этиловая жидкость, называется этилированным. В некоторых марках бензина используются марганцевые антидетонаторы. Фракционной состав является главным показателем испаряемости автомобильного бензина, важнейшей характеристикой его качества; От фракционного состава бензина зависят легкость пуска двигателя время его прогрева, приемистость и другие эксплуатационные показатели двигателя. Бензин представляет собой смесь углеводородов, обладающих различной испаряемостью. Скорость и полнота перехода бензина из жидкостного в парообразное состояние определяется его химическим составом и называется испаряемостью. Так как бензин является постоянной сложной смесью различных углеводородов, то они выкипают не при одной постоянной температуре, а в широком диапазоне температур. Автомобильный бензин выкипает от 30 до 215 °С. Испаряемость бензина оценивается по температурным пределам его выкипания и температурам выкипания его отдельных частей – фракций. Основные фракции – пусковая, рабочая и концевая. Пусковую фракцию

бензина составляют самые легкокипящие углеводороды, входящие в первые 10 % объема дистиллята. Рабочую фракцию представляют дистилляты, перегоняемые от 10 до 90 % объема, и концевую фракцию – от 90 % объема до конца кипения бензина. Фракционный состав бензина нормируется пятью характерными точками: температура и начало перегонки (для летнего бензина), температурами перегонки 10, 50 и 90 %, температурой конца кипения бензина, или объемом выпаривания при 70, 100 и 180 °С. В соответствий с ГОСТ 2084-77 автомобильный бензин летнего вида должен иметь температуры начала перегонки не ниже 35 °С, а 10 % бензина должно перегоняться при температуре не выше 70 °С. Для бензина зимнего вида температура начала перегонки не нормируется, а 10 % бензина должно перегоняться при температуре не выше 55 °С. Благодаря этому выпускаемый товарный бензин летнего вида обеспечивает пуск холодного двигателя при температуре окружающего воздуха выше 10 °С, в жаркий летний период они не образуют паровых пробок. Бензин зимнего вида дает возможность запустить двигатель при температуре воздуху -26 °,-28 °С, появление паровых пробок в системе питания двигателя при этих условиях практически исключено. У рабочей фракции (объем дистиллятов от 10 до 90 %) нормируется температурой перегонки 50 % бензина, которая характеризует скорость прогрева и приемистость двигателя. Приемистостью двигателя называется его способность в прогретом состоянии под нагрузкой быстро переходить с малой частоты вращения к большей при резком открытии дроссельной заслонки. Температура перегонки 50% топлива у товарного бензина летнего вида должна быть не менее 115 °С, а зимнего, вида – 100 °С. Температура перегонки 90 % и конца кипения бензина характеризуют полноту испарения бензина и склонность его к нагарообразованию. Температура перегонки 90 % топлива для автомобильного бензина летнего вида должна быть не выше 180 °С, а зимнего 160 °С. Одним из главных свойств, обусловливающих испаряемость бензина, является, давление его насыщенных паров. Чем больше в бензине содержится углеводородов с низкой температурой кипения, тем выше его испаряемость, давление насыщенных паров и склонность к образованию паровых пробок. Появление паровых пробок в системе питания двигателя ведет к перебоям в работе и его самопроизвольной остановке. У выпускаемых в настоящее время автомобильного бензина давление насыщенных паров составляет 35 – 100 кПа. В бензиновых двигателях, снабженных электронной системой впрыска, обеспечивается более равномерное распределение топлива по цилиндрам, поэтому они обладают преимуществом по сравнению с карбюраторными: более экономичны, меньшая токсичность отработавших газов, лучшая динамичность. Для автомобильных двигателей по ГОСТ 2084-77 выпускается бензин следующих марок: А-76, АИ-91, АИ-93, АИ-95, а по ТУ38.401-58-122-95 – АИ98. Буква А означает, что бензин автомобильный, цифра в марке А-76 – значение октанового числа, определенного по моторному методу. Буква И у бензина АИ-91, АИ-93, АИ-95 и АИ-98 с последующей цифрой означает

5

6

октановое число, определенное по исследовательскому методу. Этот бензин может быть как этилированным, так и неэтилированным. Он не соответствует принятым международным нормам, особенно в части экологических требований. В целях повышения качества бензина до уровня европейских стандартов разработан ГОСТ Р 51105-97, которым предусмотрен выпуск неэтилированного бензина следующих марок: «Нормаль-80», «Регуляр-91», «Премиум-95» и «Супер-98». Октановые числа у них определены по исследовательскому методу. У этих марок снижены массовая доля серы до 0,05 % и объемная масса бензола до 5 %. Бензин «Премиум-95» и «Супер-98» полностью отвечают европейским требованиям и предназначены, в основном для импортных автомобилей. С целью обеспечения крупных городов и других регионов с высокой плотностью автомобильного транспорта экологически чистым топливом предусмотрено производство неэтилированного бензина с улучшенными экологическими показателями. Выпускается бензин «Городские» и «ЯрМарка». Марки городского бензина следующие: АИ-80ЭК, АИ-92ЭК, АИ-95ЭК и АИ-98ЭК. Марки бензина, выпускаемого Ярославским заводом, ЯрМарка-92Е, ЯрМарка-95Е. По сравнению с ГОСТ Р 51105-97 у этого бензина более жесткие нормы по содержанию бензола, предусмотрено нормирование ароматических углеводородов и добавление моющих присадок. 1.4. Эксплуатационные свойства и применение дизельного топлива Топливо для быстроходных дизелей. Основное внимание должно быть обращено на изучение таких требований, как бесперебойная его подача, хорошее распыливание и смесеобразование, легкая воспламеняемость, полное сгорание. Важным является и то, чтобы топливо не вызывало коррозии деталей двигателя. Качество смесеобразования и сгорания топлива зависит от давления, температуры сжатого воздуха, концентрации паров топлива и воздуха, тонкости распыла, испаряемости и химического состава топлива. Химический состав топлива является решающим фактором, определяющим температуру самовоспламенения, период задержки самовоспламенения и скорость распространения пламени в горючей смеси. Дизельное топливо состоит из парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов. Наиболее склонны к окислению и самовоспламенению парафиновые углеводороды, более устойчивы нафтены и самые стойкие к окислению ароматические углеводороды. Оценкой самовоспламеняемости дизельного топлива служит цетановое число. Цетановое число определяют на одноцилиндровом четырехтактном двигателе с переменной степенью сжатия по методу совпадения вспышек, путем сравнения самовоспламенения испытуемого дизельного топлива с эталонным. Эталонным топливом является смесь цетана, воспламеняемость которого принята за 100 единиц и альфа-метилнафталина, воспламеняемость которого принята за 0. Цетановое число дизельного топлива равно процентному содержанию (по

объему) цетана в искусственно приготовленной смеси с альфаметилнафталином, эквивалентной по самовоспламеняемости испытуемому топливу. Например, если самовоспламеняемость испытуемого топлива равноценна смеси, состоящей из 45 % цетана и 55 % альфа-метилнафталина, то цетановое число топлива равно 45. Цетановое число дизельного топлива влияет также и на другие показатели работы двигателя: его запуск, максимальное давление сгорания, удельный расход топлива, температуру выпускных газов, отложения в двигателе, дымность и запах выпускных газов. С увеличением цетанового числа топлива показатели работы двигателя улучшаются. У выпускаемого в настоящее время топлива для быстроходных дизелей цетановое число должно быть не менее 45 ед. Однако повышение цетанового числа свыше 50 ед. не оказывает существенного влияния на работу дизельного двигателя. В зависимости от климатических зон страны и условий эксплуатации автотракторной техники стандартом предусмотрен выпуск дизельного топлива трех марок: Л – летние, 3 – зимние, А – арктические (ГОСТ 305-82). Топливо Л предназначено для дизелей, эксплуатирующихся при температуре 0 °С и выше. Дизельное топливо марки 3 выпускается двух видов: с температурой застывания не выше - 35 °С и 45 °С. Первое предназначено для использования в умеренных климатических зонах при температуре окружающего, воздуха - 20 °С и выше, второе – для использования в холодной климатической зоне с температурой окружающего воздуха -30 °С и выше. Температура застывания арктического топлива не выше - 55 °С, оно предназначено для дизелей, работающих в суровых условиях Севера и Сибири при температуре воздуха - 50 °С. По содержанию серы дизельное топливо подразделяется на два вида первый – содержание её не более 0,2 %, второй – не более 0,5 % для топлива марок Л и 3, и не более 0,4 % – для арктического топлива. Для летнего топлива в обозначение марки входят цифры, соответствую щие содержанию серы в процентах и температуре вспышки; в марке зимнего топлива указываются содержание серы в процентах и температура застывания; для арктического топлива – только содержание серы в процентах. Например, Л-0,2-40 означает: Л – летнее топливо с содержанием серы 0,2 % и температурой вспышки 40 °С; 3-0,2-(-45) – топливо зимнее с содержанием серы 0,2 % и температурой застывания - 45°С; А-0,4 – арктическое топливо с содержанием серы 0,4%. Одной из важных эксплуатационных характеристик дизельного топлива является его низкотемпературные свойства, которые характеризуют подвижность топлива при низких температурах. В дизельном топливе содержатся парафиновые углеводороды, которые при высокой температуре находятся в растворенном состоянии. А при её понижении выкристаллизовываются. Низкотемпературные свойства оцениваются температурами помутнения и застывания. Температурой помутнения называют температуру, при которой меняется

7

8

фазовый состав топлива, так как наряду с жидкой фазой появляется твердая. При этом топливо мутнеет из-за выделения микроскопических кристаллов льда (если в топливе имеется вода) и твердых углеводородов. Температурой застывания называют температуру, при которой топливо теряет подвижность. Для обеспечения нормальной работы двигателя необходимо, чтобы температура застывания топлива была на 8 – 12 °С ниже температуры окружающего воздуха. Температурой вспышки называют минимальную температуру, при которой пары топлива, нагреваемого в закрытом тигле, образуют с окружающим воздухом горючую смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Температура вспышки характеризует огнеопасность нефтепродукта при его транспортировке, хранении, заправке. Температура вспышки в закрытом тигле дизельного топлива для дизелей общего назначения должна быть не ниже: Л-40 °С, 3-35 °С, А-30 °С. По ТУ 38.101889-81 вырабатывают зимнее дизельное топливо с депрессорной присадкой марки ДЗп, которое получают на базе летнего топлива с температурой помутнения - 5 °С. Добавка сотых долей присадки позволяет снизить Предельную температуру фильтруемости до - 15 °С. Для применения в районах с холодным климатом по ТУ 38.401-58-36-92 вырабатывают дизельное топливо с депрессорной присадкой марки ДЗп-15/-25 (базовое топливо с температурой помутнения - 15 °С, товарное топливо – с предельной температурой фильтрации - 25 °С). По ТУ 38.1011348-90 предусмотрен выпуск экологически чистого дизельного топлива: двух марок летнего (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и одной марки зимнего (ДЗЭЧ). Содержание серы у этого топлива снижено до 0,05 % (вид I) и до 0,1 % (вид II). Введена норма по содержанию ароматических углеводородов: для марки ДЛЭЧ-В - не более 20 %, а для марки ДЗЭЧ - не более 10 %. По ТУ 38.401-58-170-96 выпускается дизельное топливо с улучшенными экологическими свойствами (городские) марок: ДЭК – Л, ДЭК – 3, ДЭКп – Л, ДЭКп – 3, -15 °С, ДЭКп – З, -20° С. Это топливо от экологически чистых в основном отличается наличием присадок (летом – антидымной, зимой – антидымной и депрессорной). Дымность и токсичность отработавших газов снижается на 30 - 50 %. 1.5. Эксплуатационные свойства и использование газообразного топлива Основное количество тепла при сжигании газообразного топлива получается от сгорания метана (CH4) и тяжелых углеводородов (СnНм), в которых количество углеродных атомов больше единицы, но меньше пяти. В настоящее время широкое применение находят сжиженные газы, которые используются в автомобильных двигателях, для обогрева теплиц, в котельных для получения теплоты на животноводческих фермах и др. Разница между сжатыми и сжиженными газами: сжиженные газы это пропано-бутановые фракции в своем составе содержат 3 - 4 углеродных атома. Эти углеводороды при небольшом давлении 0,5 - 0,4 МПа переходят в жидкость, а при нормальном давлении находятся в газообразном состоянии. Топливо хранят и 9

перевозят в емкостях и баллонах под давлением 1,5 МПа, оно имеет высокую теплоту сгорания – до 59 МДж/кг, при использовании в автомобилях обладает высокой детонационной стойкостью. 2. Смазочные материалы. Эксплуатационные свойства и применение. 2.1. Моторные масла Смазочные масла в современных машинах и механизмах, а особенно в двигателях внутреннего сгорания подвергаются действию высоких температур и давлений. Получить масла удовлетворительных эксплуатационных свойств только за счет подбора сырья, технологии его переработки и очистки не удается, поэтому в них добавляют присадки. Присадки – это сложные химические соединения, которые вводятся в смазочные масла для улучшения их качеств и. придания новых эксплуатационных свойств. Присадку в масло могут вводить для улучшения или придания какого-либо свойства, но чаще всего используют многофункциональные присадки, улучшающие сразу несколько свойств смазочного масла, также композиции многофункциональных присадок, повышающие многие его эксплуатационные качества. В масле для современных двигателей внутреннего сгорания композиции присадок добавляются в количествах 7-15 %. Основное назначение присадок – снизить износ (особенно коррозийный) и уменьшить количество высокотемпературных отложений, вызывающих, пригорания, залегание поршневых колец; улучшить моющие свойства масел, т.е. перевести образующиеся продукты окисления в тонкодиспергированное состояние, чтобы они не накапливались на горячих деталях двигателя. Вязкостные свойства (вязкостно-температурные и индекс вязкости) являются, важнейшим показателем моторных масел. Вязкость является основным параметром моторного масла, по которому оно маркируется. От величины вязкости моторного масла при рабочих температурах в двигателе зависят качество смазывания трущихся деталей двигателя и величина их износа. Различают динамическую и кинематическую вязкости. За единицу динамической вязкости в системе измерения СИ принята вязкость такой жидкости, которая оказывает сопротивление в 1 Н взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 м2, находящихся один от другого на расстоянии 1 м и перемещающихся с относительной скоростью 1 м/с. Размерность единицы динамической вязкости будет Па·с (Паскальсекунда). Между динамической и кинематической вязкостью жидкости при одинаковых температурах существует следующая зависимость: νt =

ηt ρt

где ν t - кинематическая вязкость; ηt - динамическая вязкость; ρ t - плотность жидкости. Размерность кинематической вязкости в системе СИ – см2/с. В настоящее время за единицу кинематической вязкости принят Ст (Стокс), сотую часть 10

которого называют сантистоксом (сСт), размерность сСт - см2/с. Вязкость моторного масла изменяется в зависимости от температуры: с повышением температуры вязкость понижается, а с понижением – повышается. Интенсивность и изменение вязкости масла при изменении температуры в различных моторных маслах различна. Вязкостно-температурные свойства масел оцениваются индексом вязкости. Индекс вязкости (ИВ) представляет собой относительную величину, которая показывает степень изменения вязкости масла в зависимости от температуры по сравнению с эталонными маслами. Для повышения индекса вязкости в моторные масла добавляют вязкостные присадки. Масла, содержащие вязкостную присадку, называют загущенными. Загущенные масла обладают хорошими вязкостно-температурными свойствами, хорошей текучестью при низких температурах, обеспечивают быстрый и легкий пуск двигателя в холодное время года, образуют небольшое количество нагара и обеспечивают минимальные потери мощности на трение. Термоокислительная стабильность – важнейший показатель эксплуатационных свойств масла, оценивающих склонность смазочных масел к лако- и нагарообразованию. При определении термоокислительной стабильности моторное масло, находящееся на металлической поверхности в виде тонкого слоя, нагревается, в результате чего оно теряет в массе за счет испарения легколетучих веществ. Остаток, полученный на металлической поверхности, разделяется на рабочую фракцию и лак. Термоокислительная стабильность моторного масла выражается временем в минутах, в течение которого испытуемое масло при температуре 250 °С превращается в лаковый остаток, состоящий из 50 % рабочей фракции и 50 % лака. Моющие свойства – эксплуатационный показатель масла, характеризующий способность масла удерживать во взвешенном состоянии образующиеся продукты окисления. Для улучшения моющих свойств в масла вводят специальные присадки. Коррозийный (химический) износ трущихся деталей зависит от качества смазочного масла и количества образующихся в масле в процессе эксплуатации агрессивных веществ, к которым относятся органические кислоты, водорастворимые (минеральные) кислоты и щелочи, активные сернистые соединения, оксиды серы, вода.

11

Таблица 1 Группы масел по эксплуатационным свойствам и назначению Группа масел по эксплуРекомендуемая область применения атационном свойствам 1 2 3 Б Б1 Малофорсированные бензиновые двигатели, работающие в условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений и коррозии подшипников Б2 Малофорсированные дизели В В1 Среднефорсированные бензиновые двигатели, работающие в условиях, способствующих окислению масла и образованию всех видов отложений В2 Среднефорсированные дизели, предъявляющие повышенные требования к антикоррозионным, проти-воизносным свойствам масел и склонности к образованию высокотемпературных отложений Г Г1 Высокофорсированные бензиновые двигатели, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях, способствующих окислению масла, образованию всех видов отложений и коррозии Г2 Высокофорсированные дизели без наддува или с умеренным наддувом, работающие в эксплуатационных условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений Д Д1 Высокофорсированные бензиновые двигатели, работающие в эксплуатационных, условиях более тяжелых, чем для машин группы Г1 Д2 Высокофорсированные дизели с наддувом, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях или когда применяемое топливо требует использования масел с высокой нейтрализующей способностью, антикоррозионными свойствами, малой склонностью к образованию всех видов отложений E Е1 Высокофорсированные бензиновые двигатели и дизели, работающие в эксплуатационных условиях более тяжелых, чем Е2 для масел групп Д1 и Д2 отличаются повышенной диспергирующей способностью, лучшими противоизносными свойствами

По вязкости летние и зимние моторные масла делятся на восемь классов (6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 24), а всесезонные загущенные – а четырнадцать. Класс для летних масел и зимних масел обозначается вязкостью, сСт (мм2/с) при 100 °С. Для всесезонных масел класс обозначается дробью. Классы указывают, что по кинематической вязкости при температуре – 18 °С масло соответствует классу, указанному в числителе, а по вязкости при 100 °С – в знаменателе. Например, класс вязкости 6з/14 обозначает, что вязкость масла при 18 °С равна 10400, а при 100 °С находится в пределах 12,5-14,5 сСт (мм2/с). Буква «з» показывает, что в масло введена вязкостная (загущающая) присадка. 12

Масла, используемые в бензиновых двигателях, имеют индекс 1, а в дизелях – 2. Марка масла М - 6з/12-Г1: 6з/12 – класс вязкости масла, величина вязкости при -18 °С составляет 10400 сСт, индекс «з» – масло содержит загущающие (вязкостные) присадки и используется в качестве всесезонного, 12 – уровень вязкости при 100°С, сСт; Г1 – масло относится к группе Г и предназначено для смазывания высокофорсированных бензиновых двигателей. Для бензиновых двигателей выпускаются масла следующих марок: М-6з/12-Г1; М-5з/10-Г1; М-4з/6-В1; М-8-В; М-6з/10-В. Для автотракторных дизелей применяются следующие масла: М - 8-Г2; М-10-Г2; М-8-Г2к; М-10Г2к; М- 8-Д2(м); М- 10-Д2(м). Импортные масла имеют самые различные названия и обозначаются в буквах и цифрах. Однако, если масло соответствует жестким международным стандартам, т.е. имеет высокое качество, указываются классификация вязкости SAE (Общество автомобильных инженеров) и эксплуатационные свойства API (Американский нефтяной институт). Нефтеперерабатывающие заводы нашей страны применяют эти классификации при маркировке масел. В табл. 2 дана классификация вязкости для моторных масел. Загущенные масла: «W» (Winter) обозначает, что масло имеет загущающую присадку и предназначено для зимнего периода. Для смазывания двигателя могут быть применены масла одной определенной группы, а также универсальные масла. Имея улучшенные вязкостно-температурные свойства, универсальные масла охватывают по два отдельных класса SAE. Например, масло SAE 10W-30 имеет низкотемпературные, свойства, соответствующие классу вязкости 10W, а высокотемпературные свойства – классу вязкости 30. Низкотемпературная вязкость моторного масла определяется на ротационных вискозиметрах. В них показателем сопротивления потока жидкости служит момент сопротивления вращающегося вала. Таблица 2 Классы вязкости моторных масел по SAE Классы вязкости SAE 1 0W 5W 10W 15W 20W 25W 20 30 40 50 60

Низкотемпературная вязкость Высокотемпературная вязкость Проворачиваемость, Прокачиваемость, Кинематическая вязкость, сСт, при 100 °С сП макс, при сП, макс, при температуре, °С температуре, °С Минимальная Максимальная 2 3 4 5 6200 при -35 60,000 при -40 3,8 6600 при -30 60,000 при -35 3,8 7000 при -25 60,000 при -30 4,1 7000 при -20 60,000 при -25 5,6 9500 при -15 60,000 при -20 5,6 13000 при -10 60,000 при -15 9,3 5,6 <9,3 9,3 <12,5 12,5 <16,3 16,3 <21,9 21,9 <26,1 13

Ротационными вискозиметрами являются имитатор холодного пуска и мини-ротационный вискозиметр. Скорость сдвига в них зависит от размеров ротора, зазора между стенками ротора и статора и скорости вращения. Имитатор холодного пуска соответствует результатам, получаемым при холодном проворачивании (прокручивании) двигателя. Мини-ротационный вискозиметр характерен малой скоростью сдвига при измерении. Он измеряет критическое изменение сдвига, при котором начинается течение жидкости. Измерение на этом вискозиметре характеризуют прокачиваемость масла. Согласно классификации API масло делится на две категории: S категория сервиса, предназначенная для двигателей легковых транспортных средств, используемых в сфере обслуживания; т.е. преимущественно для бензиновых и газовых двигателей; С - коммерческая категория, предназначенная для двигателей автомобилей, осуществляющая коммерческие перевозки, тягачей, строительных, дорожных машин, т.е. преимущественно для дизельных двигателей. В зависимости от условий работы в каждой категории масло подразделяется на классы и обозначается двумя буквами, указывающими категорию и класс масла. Классы масел SA, SB, SC, SD, SE для бензиновых двигателей отменены. Масло класса SF применяют в двигателях автомобилей выпуска до 1989 года. Оно содержит антиокислительные, моющие, противоизносные и другие присадки, масла обладают более высокой противоокислительной стабильностью и лучшими износными свойствами, чем масло класса SE. Масла класса SG используются для двигателей выпуска до 1994 г. Эти масла лучше защищают материалы от отложений, окисления, изнашивания и коррозии, чем масла предыдущих классов. Класс масел SН применяют в двигателях выпуска 1994 года и позднее. Содержат более эффективные присадки, чем масла класса SF. Их можно использовать также в ранее выпущенных легковых автомобилях, микроавтобусах и легких грузовиках. Масла класса SH превосходят по характеристикам масла класса SG. Класс масел SJ предназначен для двигателей автомобилей выпуска конца 1996г. Классы масел для дизельных двигателей следующие: СА, СВ, СС, CD, CD-II, СЕ, CF, CF-2, CF-4, CG-IV. Цифры II и 2 означают, что масла предназначены для двухтактных дизелей, а 4 - для четырехтактных. Классы масел СА, СВ, СС – устаревшие и сняты с производства. Масла класса CD используют в дизелях легковых автомобилей с турбонаддувом выпуска до 1993 г., класс CE – в дизелях с турбонаддувом грузовых автомобилей, выпускаемых с 1983т. Масла класса GF предназначены для дизелей легковых автомобилей с турбонаддувом ,выпускаемых с 1993 г, класс SF – 4 – для высокофорсированных дизелей с турбонаддувом грузовых автомобилей, выпускаемых до 1994 г, класс CG – 4 – для высокофорсированных дизелей с турбонаддувом грузовых автомобилей, выпускаемых с 1994 г. и работающих на трассах. Универсальные масла имеют маркировку двух классов, разных категорий, например SF/CD. Это масло предпочтительно для бензиновых 14

двигателей. Универсальное масло CD/SF рекомендуется в первую очередь для дизелей. Буквы ЕС (сокращение слов Energy Conserving) показывают, что в масло введена антифрикционная (энергосберегающая) присадка, уменьшающая расход топлива за счет снижения трения в двигателе: ЕС – I на 1,5 %, ЕС – II – на 2,7 % . Примеры обозначения масел: Mobil SAE 5W – 30; API SH/SF – 4; ЕС – II. Это масла фирмы Mobil универсальные всесезонные. Низкотемпературные свойства соответствуют классу 5W, при 100 °С, - 30 (9,3 +12,5 сСт). Масло может быть использовано как в бензиновых, так и в дизельных двигателях, легковых автомобилей. (категории SH/CF – 4). В нем находится 2,7 % присадки, уменьшающей трение. Классификация ассоциации европейских изготовителей автомобилей АСЕA (Association des Constructeurs Europeens de 1'Automobile) предъявляет более жесткие требования к маслам, содержит 9 категорий и разделяет масла по трем назначениям: А – для бензиновых двигателей легковых автомобилей (Al96, А2-96, АЗ-96); В – для дизелей легковых автомобилей (B1-96, B2-96, ВЗ-96); Е – для дизелей грузовых автомобилей (Е1-96,Е2-96,ЕЗ-96). Числа 1, 2, 3 обозначают качество эксплуатационных свойств масел (увеличение числа характеризует улучшение свойств), а 96 – год утверждения документации на класс масла. Введены новые классы масел: А2–98, ВЗ–98, Е4– 98 и др. В технической документации буквы и слова BMW, VW, MB, Porsche означают, что масла получили одобрение на основании испытаний, проведенных фирмами-изготовителями автомобилей (BMW, Volkswagen-Audi, Mercedes-Bens, Porsche). При эксплуатации автомобильных двигателей следует помнить, что нельзя смешивать минеральные масла с синтетическими, так как содержащиеся в них присадки специально подобраны для каждой группы масел. Полусинтетические масла обычно имеют обозначения на канистре SemiSynthetic, а полностью синтетические – Fully – Synthetic. 2.2. Трансмиссионные масла Для смазывания коробок передач, главных и бортовых передач, раздаточных коробок, механизмов рулевого управления, представляющих собой цилиндрические, конические, червячные, гипоидные, зубчатые передачи, применяются трансмиссионные масла. Условия работы трансмиссионных масел сильно отличаются от условий работы моторных масел: зубчатые передачи машин подвергаются действию высоких удельных нагрузок (1500 – 3000 МПа), что приводит к значительному увеличению температуры в агрегатах трансмиссии. Поэтому трансмиссионные масла должны иметь высокие эксплуатационные свойства – противоизносные и противозадирные, вязкостнотемпературные, противокоррозионные. В соответствии с ГОСТ 17479.2-85 трансмиссионные масла классифицируются по вязкости в сСт при 100 °С на четыре класса – 9, 12, 18, 34, а по эксплуатационным свойствам на пять групп (табл. 3). 15

Таблица 3 Классификация трансмиссионных масел в зависимости от эксплуатационных свойств Группа масел по эксплуатационным Состав масла свойствам 1 Минеральные масла без присадок

2 3

Минеральные масла с противоизносными присадками Минеральные масла с противозадирными присадками умеренной эффективности

4

Минеральные масла с противозадирными присадками высокой эффективности

5

Минеральные масла с противозадирными присадками высокой эффективности и многофункционального действия, а также универсальные масла

Рекомендуемая область применения Цилиндрические, конические и червячные передачи, работающие при контактных напряжениях от 900 до 1600 МПа и температуре масла в объеме до 90 °С Те же при контактных напряжениях до 2100 МПа и температуре масла в объеме 130 °С Цилиндрические, конические, спирально-конические и гипоидные передачи, работающие при контактных напряжениях до 2500 МПа и температуре масла в объеме до 1 50 °С Цилиндрические, спиральноконические и гипоидные передачи, работающие при контактных напряжениях до 3000 МПа и температуре масла в объеме до 150°С Гипоидные передачи, работающие с ударными нагрузками при контактных напряжениях выше 3000 МПа и температуре масла в объеме до 150°С

Принята единая маркировка трансмиссионных масел. Например, ТМ-5-9з, где ТМ – трансмиссионное минеральное масло; 5 – масло с противозадирными присадками высокой эффективности и многофункционального действия; 9 – класс вязкости; «з» – содержит загущающую присадку. Ниже указываются область применения и марки трансмиссионных масел: для автомобилей и тракторов ТСп–10 (ТМ–3–9), ТАп–15В (ТМ–3–18); для грузовых автомобилей КамАЗ: ТСп–15K (ТМ–3–9); для гипоидных передач грузовых автомобилей ТСп–14гип (ТМ–5–18); для легковых автомобилей ТАД–17и (ТМ–15–18). В наименовании марки указываются принятые обозначения, а в скобках обозначения по стандарту. В сельскохозяйственной технике используются индустриальные масла, имеющие высокий индекс вязкости, небольшую зольность. Необходимо изучить требования к индустриальным маслам, условия работы, ознакомиться со свойствами и применением компрессионных и электроизоляционных масел.

16

2.3 Пластичные смазки В сельском хозяйстве в больших количествах используются мазеобразные продукты (пластичные смазки), область их применения и выпускаемый ассортимент чрезвычайно широк. Это сложные коллоидные системы, в состав которых входят нефтяные масла (основа), загуститель (мыло), иногда наполнитель стабилизатор. Необходимо рассмотреть свойства и марки пластичных смазок, уделив внимание методам оценки основных показателей качества смазок. В сельском хозяйстве используются следующие антифрикционные смазки общего назначения: Солидол С, Пресс - Солидол С, Солидол Ж, Пресс Солидол Ж (они составляют до 80 % от общего потребления смазок.), Графитная многоцелевая смазка Литол–24 имеет высокие качества и является заменителем всех этих смазок. 3. Эксплуатационные свойства и применение специальных жидкостей. 3.1. Охлаждающие жидкости В качестве охлаждающих жидкостей для двигателя широко применяют воду и низкозамерзающие смеси (антифризы). Существенным недостатком воды как охлаждающей жидкости является высокая температура застывания, что осложняет её применение зимой из-за опасности замерзания воды в системе охлаждения и разрушения двигателя. Другим существенным недостатком воды является наличие в воде водорастворимых солей, обладающих способностью при нагревании воды выпадать в осадок и образовывать на поверхности системы охлаждения накипь – твердое отложение с низкой теплопроводностью. Охлаждающие низкозамерзающие жидкости представляют собой водные растворы этиленгликоля с антикоррозионными, антивспенивающими, стабилизирующими и красящими добавками. Их изготавливают следующих видов: ОЖ – К, концентрат, воды не более 5 %, при добавлении в концентрат дистиллированной воды в объемном соотношении 1:1 температура кристаллизации раствора: –35 °С; ОЖ – 40 и ОЖ – 65, температура кристаллизации раствора соответственно:–40 и –60°С. Широко используется антифриз марок Тосол К ( АМ ), Тосол А – 40 и Тосол А–65М. 3.2. Гидравлические масла Рабочим телом для гидравлических систем и гидромеханических передач тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин служат легкоподвижные и практически несжимаемые жидкости – гидравлические масла. Работают они в очень тяжелых условиях, температура их изменяется от +70 до –40 °С, давление достигает 10 МПа. Классы вязкости (5, 7, 10, 15, 22, 32) установлены в зависимости от значений кинематической вязкости в сСт. По эксплуатационным свойствам гидравлические масла делятся на группы А, Б, В. Масла группы А без присадок предназначаются для гидросистем с 17

шестеренными и поршневыми насосами, работающими при давлении до 15 МПа; масла группы Б готовят с антиокислительными и антикоррозионными присадками для гидросистем с насосами всех типов, работающими при давлении до 25 МПа; масла группы В готовят с антиокислительными, антикоррозионными и противозадирными присадками для гидросистем с насосами всех типов, работающими при давлении свыше 25 МПа. Выпускаются следующие марки гидравлических масел: масло, веретенное АУ(МГ– 22 – А); масло гидравлическое АУП (МГ – 22 – Б); масло гидравлическое ВМГЗ (М – 15 – В). Для гидромеханических передач автомобилей вырабатываются три марки масел: масло марки «А», масло марки «Р» и МГТ. 3.3. Тормозные и амортизаторные жидкости Тормозные жидкости должны быть легкоподвижными, обладать небольшой вязкостью. Не должна нарушаться однородность жидкости, она не должна расслаиваться. В ней не допускаются выпадения осадков и сгустков. Современные тормозные жидкости представляют собой смеси различных эфиров с низкомолекулярными полимерами с добавлением антикоррозионных и антиокислительных присадок. Выпускаются тормозные жидкости следующих марок: «Нева», «Томь», «Роса ДОТ–4», «Роса–3», «Роса», БСК (смесь равных частей касторового масла и бутанола). Амортизаторные жидкости являются рабочей средой гидравлических амортизаторов рычажно-кулачкового и телескопического типа, а также в телескопических стойках. Амортизаторные жидкости представляют собой маловязкую нефтяную основу, содержащую, как правило, вязкостную, депрессорную, антиокислительную, противоизносную, диспергирующую и антипенную присадки. Для амортизаторов автомобилей выпускаются следующие марки амортизаторных жидкостей: АЖ–12Т, ГРЖ–12, МГП–12 (под торговой маркой Славол–АЖ). 4. Задания для контрольной работы Задача 1. Определить низшую теплоту сгорания рабочего топлива Qн, если известна его высшая теплота сгорания Qв и содержание в нем водорода Hp и Wp (табл. 4). Как производится определение теплоты сгорания топлива опытным путем? Какое количество водных паров выделится при сгорании одного кг топлива? Таблица 4 Последн Высшая удельная яя цифра теплота сгорания шифра топлива, Qв кДж/кг 1 2 0 37000 1 37200

Содержание водорода в топливе, Нр,% 3 13,85 14,00 18

Предпослед няя цифра шифра 4 0 1

Содержание воды в топливе, WР,%. 5 0,20 0,40

1

2

2 3 4 5 6 7 8 9

37400 37600 37800 38000 38200 38400 38600 38800

3

4

14,15 14,30 14,45 14,60 14,75 14,90 15,05 15,20

5

2 3 4 5 6 7 8 9

0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00

Задача 2. Даны результаты определения октанового числа и фракционного состава автомобильного бензина летнего вида (табл. 5). Оценить детонационную стойкость бензина и его пусковые свойства, приемистость и склонность к нагарообразованию. В каких автомобилях применяется бензин марок «Нормаль–80 », «Регуляр –91», «Премиум–95», «Супер–98»? Какой бензин имеет улучшенные экологические показатели? Таблица 5 Последняя цифра шифра

Марка автомобил ьного бензина

Октановое число бензина

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

А -76 АИ-91 АИ-93 АИ -95 А-76 АИ-91 АИ-93 АИ -95 А -76 АИ-91

74 89 91 92 77 92 94 96 77 93

Температу ра пеегонки 10% бензина, °С 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66

Предпосле дняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Температу ра перегонки 50% бензина, °С 110 110 112 113 114 115 116 117 118 119

Температу ра перегонки 90% бензина, °С 184 183 182 181 180 179 178 177 176 175

Задача 3. Установите марку дизельного топлива, предназначенного для работы автомобилей и тракторов, в определенный сезон года (табл. 6). Как влияет цетановое число топлива и массовая доля серы в нем на работу и техническое состояние двигателя? Оцените пожароопасность топлива. Таблица 6 Температура Температура застывания вспышки Предпоследняя дизельного топлива. цифра шифра топлива, °С °С 1 2 3 4 -10 42 0

Последняя цифра шифра

Цетановое число дизельного топлива

0

42

19

1 1 2 3 4 5 6 7 8 9

2 -11 -12 -35 -36 -37 -45 -46 -47 -48

3

4

41 40 37 36 35 34 37 36 35

1 2 3 4 5 6 7 8 9

6 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20

Задача 4 Установите марку моторного масла (табл. 7). Укажите низкотемпературные и высокотемпературные вязкостные свойства, а также его эксплуатационные свойства. В каких двигателях оно применяется? Таблица 7 Последняя цифра шифра

Класс вязкости масла по 5АЕ

Предпоследняя цифра шифра

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0W–50 5W–40 10W–30 15W–20 20W–30 25W–40 0W–40 10W–50 15W–30 20W–40

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Категория масла по эксплуатационным свойствам АРI SH/CF SJ/CF4 SJ/CF2 SG/CF SF/CD SH/CF4 SH/CF2 SJ/CG4 SG/CD SJ/CG4

5. Список литературы 1. Лышко Г.П. Топливоо и смазочные материалы. М.: Агропромиздат, 1985. 2. Колосюк Д.С., Кузнецов А.В. Автотракторное топливо и смазочные материалы. М.: Высшая школа, 1987. 3. Кузнецов А.В. Рудобашта С.П. Симоненко А.В. Теплотехника, топливо и смазочные материалы. М.: Колос, 2001. 4. Кузнецов А.В.Кульчев М.А. Практикум по топливу и смазочным материалам. М.: Агропромиздат, 1987. 5. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости (Под ред. В.М. Школьникова). М.: Техинформ, 1999.

Массовая доля серы, %

5

5 43 44 45 46 47 48 49 44 45

6 0,10 20

1. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 2. 2.1. 2.2. 2.3. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 4.

Оглавление Введение Топливо. Эксплуатационные свойства и применение Виды топлива, свойства и горение Общие сведения о нефти и получение нефтепродуктов Эксплуатационные свойства и применение автомобильного бензина Эксплуатационные свойства и применение дизельного топлива Эксплуатационные свойства и использование газообразного топлива Смазочные материалы. Эксплуатационные свойства и применение Моторные масла Трансмиссионные масла Пластичные смазки Эксплуатационные свойства и применение специальных жидкостей Охлаждающие жидкости Гидравлические масла Тормозные и амортизаторные жидкости Задания для контрольной работы

3 3 3 4 4 7 9 10 10 15 17 17 17 17 18 18

Задания для контрольных работ студентам 3 курса факультета заочного образования и рекомендации по их выполнению

КУЗНЕЦОВ Анатолий Владимирович

ТОПЛИВО И СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Редактор Кунахович Г.А. Изд лиц. ЛР № 040374 от 03.04.97 План 2001 г, п. 118 Подписано к печати 27.06.01 Формат 60 х 84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная Уч.-изд л 1,4. Тираж 300 экз. Заказ № 58. Цена 15 р. Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина Отпечатано в лаборатории оперативной полиграфии Московского государственного агроинженерного университета им. В П Горячкина 127550, Москва, Тимирязевская, 58 21

22