Эксплуатационные материалы (для автомобильного транспорта): Учебное пособие

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.И. Костенко В.И. Сидоркин Т.К. Екшикеев В.А. Янчеленко

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ (для автомобильного транспорта)

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Санкт-Петербург 2005

В.И. Костенко В.И. Сидоркин Т.К. Екшикеев В.А. Янчеленко

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ (для автомобильного транспорта)

Санкт-Петербург 2005

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 629.113-721.004(07) Костенко В.И., Сидоркин В.И., Екшикеев Т.К., Янчеленко В.А. Эксплуатационные материалы (для автомобильного транспорта).: Учеб. пособие. - СПб.: Изд-во СЗТУ, 2005. – 165 с. Учебное пособие составлено в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлениям подготовки дипломированного специалиста: 653300 – «Эксплуатация наземного транспорта» (специальность 150200 – «Автомобили и автомобильное хозяйство»), 653400 – «Организация перевозок и управление на транспорте (специальность 240100.01 – «Организация перевозок и управление на транспорте (Автомобильный транспорт)) и направлению подготовки бакалавра 551400 – «Наземные транспортные системы». В учебном пособии к изучению дисциплины рассматриваются вопросы целесообразности и эффективности использования автомобильных материалов в процессе эксплуатации, обслуживания и ремонта автомобилей. Настоящее учебное пособие предназначено для студентов 4-го курса специальностей 240100.01 - «Организация перевозок и управление на транспорте» (Автомобильный транспорт) и 150200 - «Автомобили и автомобильное хозяйство», изучающих дисциплину «Эксплуатационные материалы». Рецензенты: кафедра автомобильного транспорта СЗТУ (зав. кафедрой А.Б. Егоров, канд. техн. наук, доц.); В.Г. Григорьев, канд. техн. наук, доц. кафедры организации перевозок и управления безопасностью движения на автомобильном транспорте СПбГАСУ; А.Р.Фазлиев, руководитель отдела маркетинга транспортно-экспедиционной компании ООО «Росич».

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2005 © Костенко В.И., Сидоркин В.И., Екшикеев Т.К., Янчеленко В.А., 2005

ПРЕДИСЛОВИЕ Дисциплина

«Эксплуатационные

преемственность

знаний

материалы»

предшествующих

обеспечивает

фундаментальных

и

общетехнических дисциплин: химии, физики, теоретической и прикладной механики, а также ряда специальных дисциплин, связанных с изучением конструкции автомобиля. Знания, полученные при изучении названной дисциплины, являются основой для последующего изучения курсов по поддержанию и восстановлению работоспособности подвижного состава автомобильного

транспорта

в

процессе

его

эксплуатации,

экономики

автотранспортных предприятий, безопасности жизнедеятельности, а также ряда других

дисциплин,

входящих

в

массив

знаний

соответствующих

специальностей. Основная задача дисциплины заключается в технико-экономическом обосновании

целесообразности

и

эффективности

использования

автомобильных материалов в процессе эксплуатации, обслуживания и ремонта автомобилей. Изучение

дисциплины

предусмотрено

специальностей 240100.01 и 150200.

3

учебными

планами

1. КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ Дисциплина «Эксплуатационные материалы» рассматривает широкий круг вопросов, связанных с использованием различных автомобильных материалов. Достаточно отметить, что в среднем автомобили насчитывают свыше 2 тысяч деталей различного наименования, изготовленных из конструкционных материалов как металлических, так и неметаллических. Кроме того, для поддержания

автомобиля

в

работоспособном

состоянии

в

процессе

технического обслуживания и ремонта применяют различные технологические материалы:

клеящие

материалы,

лакокрасочные

покрытия

и

др. Для

непосредственного функционирования автомобиля с целью выполнения его главного предназначения - автомобильных перевозок (грузов и пассажиров) необходимы эксплуатационные материалы: топлива, смазочные материалы, технические жидкости [1]. Из

конструкционных

неметаллических

материалов

наибольшее

практическое применение находят пластмассы и резинотехнические изделия, подробные сведения о которых будут изложены в последующих разделах. Остановимся кратко на древесных материалах и технических стеклах. Благодаря ценным свойствам древесины и большим лесным ресурсам Российской Федерации (до 25 % общей лесной площади мира), древесные материалы находят достаточное применение в качестве конструкционных в виде досок, брусьев и фанеры для изготовления грузовых платформ и некоторых деталей кузовов и кабин автомобилей. Физико-механические свойства древесины характеризуются многими показателями такими, как твердость, влажность, сопротивление сжатию, растяжению и изгибу. Одним из важных показателей качества древесных материалов является влажность. Для изготовления деталей автомобиля из древесных материалов применяют, главным образом, ель и сосну с влажностью не более 12... 15 % [3]. 4

Из неорганических технических стекол, которые применяются для остекления автотранспортных средств, наибольшее распространение получили триплексы и закаленные стекла. Важнейшими специфическими свойствами неорганических стекол являются их оптические свойства: светопрозрачность, отражение, рассеяние и преломление света. Обычное листовое стекло пропускает до 90 %, отражает 8 % и поглощает около 1 % видимого света, ультрафиолетовое

излучение

поглощается

почти

полностью.

С

целью

повышения физико-механических свойств стекол применяют закалку, которая заключается в нагреве стекла до температуры порядка 425...600°С с последующим быстрым и равномерным охлаждением в потоке воздуха или масла. При этом сопротивление статическим нагрузкам увеличивается в 3...6 раз, а ударная вязкость в 5...7 раз. В зависимости от химического состава стеклообразующего

вещества

стекла

подразделяются

на

силикатные,

алюмосиликатные, боросиликатные и др. Наибольшее применение для остекления автотранспортных средств находят силикатные стекла. Силикатные триплексы, которые применяют, главным образом, для лобовых стекол автомобиля, представляют собой два листа закаленного стекла (толщиной 2...3 мм), склеенных прозрачной эластичной полимерной пленкой. При разрушении триплекса образовавшиеся неострые осколки удерживаются на полимерной пленке [3]. Представленные на вышеприведенной схеме технологические материалы служат, как отмечалось, для поддержания и восстановления работоспособности подвижного состава в ходе соответственно текущего (ТР) и капитального (КР) ремонтов двигателей и силовых агрегатов автомобилей. Подробные сведения о технологических материалах будут, как отмечалось, изложены ниже в соответствующем разделе [3]. Заключительный раздел настоящего учебного пособия посвящен таким эксплуатационным материалам, как: топливо, смазочные материалы и технические жидкости (охлаждающие, тормозные и др.), определяющим 5

функциональную принадлежность подвижного состава при выполнении автомобильных перевозок в зависимости от конструктивных особенностей различных видов автомобильного транспорта. Классификационная схема автомобильных материалов представлена на рис. 1.

Автомобильные материалы Конструкционные неметаллические материалы

Материалы, применяемые для поддержания работоспособности автомобилей

Резинотехнические изделия

Лакокрасочные материалы

Пластмассы

Клеящие материалы

Стекло

Горючесмазочные материалы и специальные жидкости

Топлива Смазочные материалы

Специальные жидкости

Рис. 1. Классификационная схема автомобильных материалов

6

2. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ 2.1.

Резинотехнические изделия

2.1.1. Резина, область ее применения, состав и основные свойства Резинотехнические

изделия,

количество

наименований

которых

в

конструкциях автомобилей превышает 500, благодаря высокой эластичности (упругости) и способности поглощать вибрации и ударные нагрузки, являются незаменимым материалом в автомобилестроении. Кроме перечисленных свойств резина обладает и рядом других положительных качеств: сравнительно высокими показателями прочности, сопротивлением истираемости и, что особенно

важно

-

эластичностью,

т.е.

способностью

восстанавливать

первоначальную форму после прекращения действия сил, вызывающих деформацию [1]. Резину

используют

для

изготовления

шлангов,

уплотнений,

прорезиненных ремней привода вентилятора, генератора и компрессора, амортизирующих прокладок и втулок, а также ряда других деталей. Однако главное применение резины в автомобиле - это изготовление шин. Резину

получают

вулканизацией

резиновой

смеси,

главными

составляющими которой являются каучук и вулканизирующее вещество, а также антистарители, активные и неактивные наполнители, красители и др. Основным вулканизирующим веществом служит сера. Ее содержание в резиновой смеси от 4 до 15 и более процентов. Процесс химического взаимодействия каучука с серой называется вулканизацией. Вулканизация заключается в нагреве резиновой смеси в специальных камерах-вулканизаторах до температуры 120...160°С при давлении 0,4...0,6 МПа. От процентного содержания серы зависит твердость резины. Так, при максимально возможном насыщении каучука серой (≈ 30 %) образуется твердый материал, называемый эбонитом [5]. 7

Основой всякой резины является каучук натуральный (НК) или синтетический (СК). Натуральный каучук получают, главным образом, из млечного сока - латекса каучуконосного тропического дерева гевеи, в котором его содержание может доходить до 40 %. В химическом отношении натуральный каучук представляет собой полимер непредельного углеводорода изопрена. Вследствие дефицитности, дороговизны и зависимости от импорта, натуральный каучук во многих развитых странах был заменен синтетическим, доля которого в производстве шин составляет около 95 %. Натуральный же каучук в ряде случаев используют в качестве добавки к резиновой смеси. Отечественная

химическая

промышленность

производит

десятки

разновидностей синтетических каучуков, используя для этого, главным образом, достаточно экономическое нефтяное сырье [1]. По назначению резины подразделяются на резины общего и специального назначения. В группу резин общего назначения входят синтетические каучуки: бутадиеновый (СКВ), бутадиен-стирольный (СКС), изопреновый (СКИ), дивинильный (СКД). Изопреновый синтетический каучук по химическому составу наиболее близок к натуральному и обладает высокой клейкостью. Каучук СКД не уступает натуральному по эластичности и превосходит его по сопротивлению истиранию. Основной недостаток СКД состоит в низкой его клейкости. С учетом этого, при производстве шин применяют смесь СКД и СКИ (СКИ-3). Специальные резины подразделяются на несколько видов: износостойкие, маслобензостойкие,

морозостойкие,

теплостойкие

и

др.

Наиболее

перспективными для изготовления шин являются износостойкие резины на основе полиуретановых каучуков СКУ. Помимо основных составляющих резиновой смеси (каучука и серы) в нее входят, как отмечалось, и другие составляющие: антистарители (парафин, воск); наполнители активные, повышающие механические свойства резины (углеродистая сажа, оксид цинка и др.), и неактивные - для удешевления 8

стоимости резины (мел, тальк и др.); красители минеральные или органические для окраски резин [3]. 2.1.2. Основные материалы для изготовления автомобильных шин Шины - неотъемлемый элемент автомобиля, в значительной степени определяющий уровень его эксплуатационных свойств и эффективность использования. От шин зависят проходимость и экономичность, динамичность и безопасность движения, шумность и плавность хода. Поэтому шинам уделяют большое внимание как специалисты-практики, так и исследователи. Первые шины были созданы в конце XIX в. С тех пор они постоянно совершенствовались. Конструкции современных шин весьма разнообразны [4]. Тем не менее одинаковым для всех конструкций остается то, что шина является оболочкой вращения. На ободе колеса она крепится жесткими бортами, основой которых являются проволочные кольца 5 (рис. 2). Силовой основой является система обрезиненных слоев корда, которые охватывают всю шину и заворачиваются за бортовые кольца, образуя каркас 2. От внешних воздействий каркас защищен протектором 2 и боковинами 4. Слой корда, расположенный под протектором, называется брокером 3.

9

Рис.2. Основные элементы и размеры шины: 1 - каркас, 2 - протектор, 3 - брекер, 4 - боковина, 5 - бортовое кольцо; В ширина профиля, D - наружный диаметр, d - посадочный диаметр, Н - высота профиля, С - раствор бортов На шине указываются следующие данные (рис. 3.):

Рис. 3. Надписи на шине 10

1. Торговая марка; 2. Модель шины (обозначение рисунка протектора); 3. 175/70 R13 - обозначение шины; Н – высота профиля; В – ширина профиля; b - габаритная ширина; d - диаметр обода. Первое число указывает на ширину профиля "В" (а также и на семейство шин). Ширина профиля является чисто конструктивным размером шины, замеряемая по гладким боковинам на шине. Для эксплуатации же более важной является габаритная ширина "b", учитывающая толщину монтажных поясков, декоративных поясков и надписей на шине, она может превышать величину "В" примерно на 6 %. Ширину шины, установленной на обод с другой шириной профиля (но допустимой по условиям эксплуатации), можно приблизительно определить путем прибавления или вычитания 5 мм на каждые 1/2 дюйма увеличения или уменьшения ширины профиля обода. Второе число отношение высоты профиля "Н" к его ширине "В", указанное в процентах (серия шины), - в нашем примере шина серии "70". Если второе число отсутствует, то данные по ширине указывают на H/B = 0,82, т.е. на шину серии "82" (так называемая полнопрофильная шина). Во всех остальных случаях соотношение профиля должно быть указано. Классификация шин по соотношению высоты и ширины профиля приведена в табл.1. Таблица 1 Классификация шин по соотношению высоты и ширины профиля Тип шин Обычные Широкопрофильные Низкопрофильные Сверхнизкопрофильные Арочные

Отношение Н/В > 0.89 0,90...0,60 0,88...0,71 0,50...0,70 0,39...0,50

11

Преимущества более широких шин по сравнению с узкими аналогичного размера - больший ресурс, большая грузоподъемность, лучшая передача тяговых, тормозных и боковых сил (меньший увод колеса), более быстрая реакция на поворот руля, меньшее сопротивление качению, возможность применения тормозных дисков большего размера. Недостатки - большая стоимость, большее требуемое пространство, а также уменьшение предельных углов поворота колес, что связано с увеличением радиуса поворота, большее пространство для размещения запасного

колеса,

некоторое

ухудшение

плавности

хода,

повышенное

сопротивление воздуха, менее благоприятные зимние качества, увеличенная склонность к аквапланированию уже при средней степени износа, меньший ресурс, увеличение усилия на рулевом колесе (при отсутствии усилителя). R радиальная (D - диагональная). 13 - диаметр обода в дюймах. Чем меньше наружный диаметр шины, тем меньше напряжения в деталях трансмиссии и подвески. Недостаток - колесо в большей мере копирует дорожные неровности. 4. Страна изготовления. 5. Буквы "М + S" (mud + snow в переводе с английского - "грязь и снег") указывают на то, что шина рассчитана на эксплуатацию в зимних условиях или может использоваться при наличии грязи и снега, это зависит, как правило, от состава резины. 6. Структура каркаса. TREAD PLIES: 1 POLYESTER + 2 STEEL + 1 NYLON - шина с 4-слойным поясом (1 слой - полиэстер, 2 слоя - сталь, 1 слой - нейлон). SIDEWALL PLIES: 1 POLYESTER - каркас и боковая стенка состоят из одного слоя полиэстера. 7. MAX LOAD RATING - максимальная грузоподъемность шины в кг (или фунтах - LBS). MAX. PERM. COLD INFL. PRESS - максимальное давление воздуха в холодном состоянии в kPa (или в фунтах на квадратный дюйм - PSI). 12

8. TUBELESS - бескамерная шина (TUBE TYPE - камерная). Применение бескамерных шин повышает безопасность, так как герметичный внутренний слой охватывает проколовший шину гвоздь или другой предмет, в результате чего выход воздуха предотвращается или сильно замедляется. Другие преимущества бескамерных шин - меньший нагрев, более простой монтаж. 9. Конструкция шины, определяемая расположением слоев в каркасе. RADIAL - радиальная шина, DIAGONAL - диагональная. В диагональных шинах нити корда смежных слоев перекрещиваются. В районе экватора оболочки углы межу нитями и меридианами составляют 45...60° (меридианом шины называют линию пересечения поверхности шины с плоскостью, проходящей через ось вращения; экватор - линия пересечения поверхности с плоскостью, перпендикулярной оси вращения и делящей шину на две равные части). Схема расположения корда приведена на рис. 4. В радиальных шинах направление нитей корда в каркасе совпадает с меридианами, а в брекере угол между нитями и меридианами составляет 60...75°. В настоящее время более 80 % выпускаемых в мире шин имеют радиальную конструкцию.

а)

б)

Рис. 4. Направления нитей корда в диагональных (а) и радиальных (б) шинах

13

Безопасность в отношении разрыва шины зависит, в первую очередь, от прочности каркаса. Для диагональных шин давление разрыва P > 2 МПа, радиальных - не менее 2,5 МПа (эта величина значительно выше давления воздуха при эксплуатации, составляющего 0,2 МПа). Радиальная шина в большей мере удовлетворяет требованиям безопасности. Преимущества радиальных шин - меньший износ и меньшее сопротивление качению (и то, и другое

достигается

за

счет

стабилизирующего

действия

пояса).

На

диагональных шинах в процессе контакта с дорогой изменяется направление скрещенных слоев, следствием чего является повышенное теплообразование в плоскости контакта, приводящее к износу и потерям на качение. К преимуществам радиальной шины необходимо добавить: • лучшую передачу продольных и боковых сил; • безупречное качение по прямой; • более быструю реакцию на поворот руля; • лучшие характеристики упругости, что особенно заметно на скоростях свыше 80 км/ч и объясняется тем, что радиальная шина почти не изменяет своего профиля на большой скорости; • большая грузоподъемность по сравнению с диагональной такого же размера. Однако и диагональные шины имеют определенные достоинства, как, например, лучшее перераспределение местных нагрузок, что немаловажно при движении по пересеченной местности либо при наезде на большой камень, вследствие чего они еще долго будут использоваться на сельскохозяйственных и внедорожных машинах. 10. DOT P1FH ARDU - условное обозначение "DOT" указывает на соответствие шин требованиям нормативных документов министерства транспорта США. 11. ONLY SPECIALLY TREINED PERSONS SHOULD MOUNT TIRES. Предупреждение по безопасности. Серьезные последствия могут быть вызваны: 14

повреждением шины из-за пониженного давления в ней или перегрузки следуйте руководству пользователя или инструкции по использованию шин на транспортном средстве, разрывом шины или ее борта из-за неправильного монтажа - давление на посадочное место не должно превышать 40 psi (275 kPa) - поэтому монтаж шин должен проводить только соответствующим образом обученный персонал. 12. Код даты изготовления: первые две цифры - порядковый номер недели (23-я неделя), третья цифра - год (1997 г.). 13. Знак о проведении испытаний по правилам ЕЭК ООН. Цифра указывает страну, в которой проводились испытания. 14. Скоростная категория (табл. 2) и индекс грузоподъемности (табл. 3). Таблица 2 Индексы категории скорости Индекс категории

Максимальная

Индекс категории

Максимальная

скорости

скорость, км/ч.

скорости

скорость, км/ч.

F

80

R

170

G

90

S

180

J

100

T

190

K

1110

U

200

L

120

H

210

M

130

V

240

N

140

W

270

P

150

Y

300

Q

160

15

Таблица 3 Индекс грузоподъемности ИГ

кгс

ИГ

кгс

ИГ

Кгс

65

290

84

500

103

875

66

300

85

515

104

900

67

307

86

530

105

925

68

315

87

545

106

950

69

325

88

560

107

975

70

335

89

580

108

1000

71

345

90

600

109

1030

72

355

91

615

110

1060

73

365

92

630

111

1090

74

375

93

650

112

1120

75

387

94

670

113

1150

76

400

95

690

114

1180

77

412

96

710

115

1215

78

425

97

730

116

1250

79

437

98

750

117

1285

80

450

99

775

118

1320

81

462

100

800

119

1360

82

475

101

825

120

1400

83

487

102

850

121

1450

Дополнительная маркировка шин: 1. Rotation. Шины с установленным направлением вращения. Монтаж таких шин должен производиться так, чтобы направление вращения, показанное на боковине стрелками, соответствовало направлению вращения колеса. 2. Асимметричные шины. При монтаже шин с асимметричным рисунком необходимо правильно ориентировать боковины шины. В этом случае внутренняя боковина обозначается словами: "SIDE FACING INWARDS" сторона, обращенная внутрь (либо "INSIDE"). 16

3. TWI (TREAD WEAR INDICATOR) - отметка остаточной высоты рисунка протектора (индикатор износа шины). В соответствии с международными требованиями необходимо своевременно производить замену изношенных шин, причем лучше всего это делать до достижения отметки остаточной высоты рисунка протектора, равной 1,6 мм. 4. TREADWEAR XXX TRACTION A TEMPERATURE B - маркировка согласно действующим

в

США

нормативным

документам

об

информировании

потребителя по уровню качества. 5. Кроме того, если на шине присутствует надпись "DA", то это означает, что данная шина имеет второстепенные дефекты и она может быть установлена на прицеп либо на автомобиль, но с ограничением скорости до 100 км/ч. Из информации, не указываемой на шине, но также представляющей определенный

интерес,

стоит

отметить

необходимость

поддержания

требуемого давления в шине. Если пробег шины при правильном давлении принять за 100 %, то при понижении давления на 20 % ее ресурс составит около 85 %, при снижении на 40 % - около 60 %, при снижении на 60 % - около 25 %. Причина - в повышенном нагреве и неблагоприятной форме пятна контакта. Аналогично увеличивается износ и при повышенном давлении в шине, однако, уже не по крайним дорожкам, а в средней зоне беговой поверхности [5]. 2.1.3. Эксплуатационные характеристики шин Самое важное свойство любой шины – обеспечение надежного сцепления с дорогой. Эту задачу выполняет резина протектора, «облегая», благодаря своей эластичности, микронеровности в пятне контакта. Сила сцепления пропорциональна площади контакта и имеет максимальное значение на сухом асфальте у протектора без рисунка. Однако автомобиль передвигается при различной погоде в различные сезоны эксплуатации. Подобные условия ставят определенные трудности перед изготовителями и обуславливают большое количество типов шин. Основная классификация в этой области – летние и зимние шины [6]. 17

2.1.3.1. Шины для летней эксплуатации При

движении

в

сырую

погоду

может

возникнуть

эффект

«аквапланирования», т.е. образование между шиной и дорогой водяной пленки, препятствующей их контакту между собой. Для предотвращения этого явления на протекторе делают канавки различной формы. Чем больше канавок, тем выше нагрузка на выступы протектора в пятне контакта, лучше удаляется вода, но хуже сцепление с сухим покрытием из-за уменьшения площади контакта. Большая нагрузка, кроме того, увеличивает износ резины. Чтобы удалить из пятна контакта грязь, обладающую большей вязкостью, чем вода, канавки должны быть шире. Состояние поверхности, по которой двигается автомобиль, существенно зависит от температуры и качества дорожного покрытия, наличия осадков, песка грязи. Добиться высоких показателей устойчивости, управляемости, тормозных и разгонных свойств автомобиля при всем многообразии условий с одним типом шин невозможно. Поэтому выпускается несколько типов шин различного назначения. В зависимости от назначения летом используются следующие типы шин: дорожные, универсальные, повышенной проходимости и всесезонные. Дорожные шины предназначены для эксплуатации на дорогах с усовершенствованным покрытием. Рисунок состоит из шашечек или ребер, разделенных неширокими канавками. Универсальные

шины

обладают

свойствами,

позволяющими

эксплуатировать их на шоссейных и грунтовых дорогах. Рисунок состоит из шашечек или ребер и может иметь грунтозацепы по краям протектора. Шины повышенной проходимости должны эксплуатироваться в условиях бездорожья и мягких грунтов. Имеют разреженный рисунок с развитыми грунтозацепами по краям и мощными недеформируемыми шашечками по центру беговой дорожки. 18

Всесезонные шины обеспечивают приемлемую реализацию характеристик автомобиля при круглогодичной эксплуатации по шоссейным и грунтовым дорогам. Рисунок протектора у них более разреженный, чем у дорожных, и может

иметь

микроканавки

–

ламели,

обеспечивающие

сцепление

с

обледенелой или заснеженной дорогой. В зависимости от расположения элементов рисунка он может быть ненаправленным, направленным или асимметричным. Ненаправленный (симметричный) рисунок – симметричный относительно радиальной плоскости колеса. Является наиболее универсальным, поэтому большая часть шин выпускается с этим типом рисунка. Направленный рисунок – симметричный относительно центральной плоскости вращения колеса. Он обладает улучшенной способностью отвода воды из пятна контакта с дорогой и пониженной шумностью. Запасное колесо совпадает по направлению вращения только с колесами одной стороны автомобиля, но временная установка его на другую сторону допустима при условии движения на небольших скоростях. Асимметричный рисунок – не симметричный относительно центральной плоскости вращения колеса. Его используют для реализации разных свойств в одной шине. Все шины, даже в пределах одного типа, различаются по химическому составу резины, внутренней конструкции и рисунку протектора. Это связано с тем, что сделать «идеальную» шину, которая обеспечивала бы максимальную реализацию характеристик автомобиля при всех дорожных условиях, невозможно. Поэтому производители выпускают шины: • с определенной специализацией, когда наиболее развиты одно или два свойства в ущерб другим. • усредненными свойствами, для обеспечения приемлемой реализации характеристик автомобиля в широком диапазоне дорожных условий. Эксплуатация зимних шин в летнее время, помимо их ускоренного износа, ухудшает курсовую устойчивость, управляемость и тормозные свойства автомобиля [6]. 19

2.1.3.2. Шины для зимней эксплуатации Зимой автомобилю приходится двигаться по укатанному или рыхлому снегу; льду, который может быть подтаявшим, снежно-водяной «кашей» (шуге); сухому или мокрому асфальту. Обеспечить хорошее сцепление протектора при различных состояниях дороги довольно сложно. Поэтому зимние шины весьма разнообразны по рисунку протектора, составу резины, причем каждая модель наилучшим образом приспособлена для двух-трех покрытий, на остальных сцепление ее с дорогой несколько хуже. Канавки протектора служат для отвода снега, воды и грязи из пятна контакта. Чем больше число и ширина канавок, тем больше способность шины преодолеть

слеш-пленинг

(шуга

между

колесом

и

дорогой)

или

аквапланирование, которые приводят к полной потере управляемости. По мере износа протектора значительно снижается способность шины отводить снег, шугу и воду из зоны контакта и соответственно ухудшаются сцепные свойства на любой дороге (кроме сухого асфальта). Крупные проходимость

и по

высокие

шашки

неукатанному

протектора снегу,

обеспечивают

одновременно

такой

хорошую рисунок

увеличивает шумность покрышки, ухудшает управляемость на твердом покрытии, так как элементы протектора легко деформируются от боковой нагрузки. Ламели – тонкие прорези в шашках протектора, своими гранями увеличивают сцепление с дорогой, но несколько снижают износостойкость. Для уменьшения бокового увода шин внутреннюю поверхность ламели на некоторых моделях протектора делают неровной, что снижает перемещения элементов, разъединенных прорезями. Большинство зимних шин имеет протектор с направленным рисунком, который обеспечивает лучшее очищение шины и пятна ее контакта с дорогой от воды, снега и шуги. Такой рисунок протектора накладывает некоторые 20

ограничения, например, смонтированная для одной стороны автомобиля шина не подходит для установки на другую. У асимметричного рисунка протектора наружная сторона лучше работает на твердых покрытиях, обеспечивая хорошее сцепление, а остальная часть протектора улучшает проходимость в сложных дорожных условиях. Как правило, канавки протектора шины с асимметричным рисунком не являются направленными. Шипы значительно увеличивают сцепление с покрытиями, в которые они способны вгрызаться – лед или укатанный снег. Чем больше глубина погружения – тем более эффективны шипы. В рыхлом снегу они не дают положительного эффекта. Недостатком шипов является меньшее сцепление с сухим и влажным асфальтом по сравнению с нешипованной шиной. К тому же шипы разрушают асфальт. Состав резины. Протектор, изготовленный из мягких сортов резины, значительно увеличивает сцепление даже со снегом и льдом, однако их износостойкость ниже, чем у твердых сортов. Кроме того, надежно закрепить шипы в покрышке из мягкой резины практически невозможно. Некоторые производители шин изготавливают протектор из нескольких слоев резины разного состава. Шипы удерживает внутренний слой из твердой резины, а на поверхности протектора - мягкий слой, улучшающий сцепление. Недостаток такого протектора – после износа наружного слоя из мягкой резины шина утрачивает улучшенное сцепление с твердой дорогой при низких температурах. Геометрические параметры шины. Шины, более широкие, чем штатные, обеспечивают лучшее сцепление с сухим асфальтом, управляемость на твердом покрытии и проходимость на рыхлом грунте (предотвращают погружение и закапывание). Но при увеличении габаритов шины растет ее вес, увеличивается расход топлива из-за увеличения сопротивления качения и возрастает шум. Изза большей площади пятна контакта в нем снизится удельная нагрузка, что не

21

позволяет эффективно вытеснять воду, снег и грязь. Установка более узких шин дает обратный эффект. При установке шины большего наружного диаметра, чем штатная, улучшается

геометрическая

проходимость

автомобиля

–

увеличивается

дорожный просвет и углы свеса. Недостатки – снижается устойчивость и управляемость, ухудшаются динамические свойства и экономичность. Существуют три типа шин для зимней эксплуатации: нешипуемые шины, зимние шины, предназначенные для шипования, и всесезонные шины. Зимние шины, не предназначенные для шипования (нешипуемые шины), рассчитаны на применение в холодное время года. Они изготовлены из мягких сортов резины, чаще всего имеют направленный рисунок с большим количеством ламелей и предназначены в основном для использования на очищаемых дорогах. Имеют хорошее сцепление на всех типах зимних покрытий, проигрывая только шипованным шинам на льду и укатанном снеге. Обеспечивают

неплохие

показатели

по

шумности,

экономичности

и

управляемости. Важное положительное их качество - имеют равномерные сцепные свойства на всех типах зимних дорог и не приводят к резкому снижению управляемости. Это значительно повышает безопасность движения. Существует разновидность этих шин, у которых наружный слой протектора выполнен из мягких сортов резины и разрезан ламелями. Под ним расположена более твердая резина. В начале эксплуатации шина является зимней, далее, после износа наружного слоя шину можно эксплуатировать в качестве летней. Поэтому эта разновидность шин имеет два индикатора износа – «зимний» и «летний». Зимние

шины,

предназначенные

для

шипования,

могут

быть

шипованными и нешипованными. Они изготавливаются из резины средней жесткости и имеют размеченные места для монтажа шипов, не разрезанные ламелями, а также промаркированы надписью studable. Обладают, как правило, развитой сетью ламелей и самым разреженным рисунком протектора, в 22

некоторых случаях приближаясь к внедорожным моделям шин. Обеспечивают неплохую проходимость на глубоком снегу и хорошо удаляют шугу. Однако обладают

повышенной

шумностью,

посредственной

управляемостью

и

экономичностью, особенно на асфальтовом покрытии. Шины без шипов имеют несколько худшие сцепные свойства по сравнению с нешипуемыми шинами. У шипованных шин наилучшее сцепление со льдом и плотным укатанным снегом, тормозной путь на этих дорогах составляет 50 – 70 % от пути нешипованных. Однако снижается сцепление на твердых дорожных покрытиях – для остановки может потребоваться расстояние на 10 % больше, чем при такой же шине без шипов. Всесезонные шины предназначены для круглогодичного применения. По сравнению с зимним и имеют менее разреженный рисунок протектора, хуже приспособленный для движения зимой. Обеспечивают хорошие сцепные свойства на сухом и влажном асфальте, неплохой уровень комфорта и удовлетворительную экономичность. Недостатками их являются: невысокая проходимость на рыхлом снегу и небольшое сцепление на льду и укатанном снеге. При выборе зимних шин необходимо уделять внимание сцепным свойствам, так как остальные зимой проявляются слабо [6]. 2.1.3.3. Нормы пробега шин Под

нормативом

понимается

количественный

или

качественный

показатель, используемый для упорядочения процесса принятия и реализации решений.

Нормативы

планирования

ресурса

потребности,

автомобильных

для

разработки

и

шин

необходимы

оценки

для

эффективности

мероприятий по повышению их долговечности. Действующие

нормативы

ресурса

шин

установлены

нормативным

документом «О порядке определения затрат на восстановление износа и ремонт автомобильных шин: Письмо Министерства финансов СССР от 25 сентября 1978 г. №90». 23

Нормы

устанавливаются

для

шин

определенных

размеров

при

использовании на автомобилях определенных марок. Корректирование норм осуществляется по территориальному признаку. В зависимости от дорожных и климатических условий территория страны разбита на три (для грузовых шин и шин автобусов) или четыре (для шин легковых автомобилей) группы, для которых

устанавливаются

разные

нормы.

Кроме

того,

предусмотрено

корректирование нормативов ресурса в следующих случаях. Для шин легковых автомобилей нормы снижаются на 10 % при постоянной работе автомобиля на дорогах горного профиля. Для шин легковых автобусов нормы снижаются на 15 % при эксплуатации на междугородных и международных маршрутах. Для шин грузовых автомобилей нормы снижаются на: 15 % - при работе автомобиля в каменных карьерах, на разработке угля и руды; 10 % - при постоянной

работе

автомобиля

на

дорогах

горного

профиля,

на

лесоразработках, на стройках, на строительстве и ремонте дорог; 10 % - при работе автомобиля с прицепом или полуприцепом [3]. 2.1.4. Колеса Колесо — вращающийся и передающий нагрузку элемент, расположенный между шиной и ступицей автомобиля. Обод—часть колеса, на которую монтируется и опирается шина. Диск — часть колеса, соединяющая ступицу с ободом. Вентиляционные отверстия (окна) — отверстия, расположенные ближе к краям диска. Уменьшают массу колеса и улучшают охлаждение тормозных механизмов. Спица — часть диска между соседними вентиляционными отверстиями. Посадочный диаметр — диаметр поверхности обода (в дюймах), на который монтируется шина. Его величины регламентированы ГОСТом (12, 13, 14, 15, 16 и т.д.). Должен точно соответствовать посадочному диаметру используемой шины. 24

Посадочная ширина — расстояние между внутренними поверхностями бортовых закраин обода (измеряется в дюймах). Величины установлены ГОСТом (4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5; и т.д.). Вылет обода (ЕТ, е, offset) — расстояние (в мм) от привалочной плоскости (прилегающей к ступице) колеса до плоскости, проходящей через середину обода [1]. Диаметр расположения крепежных отверстий (PCD, LK) измеряется в мм, должен точно соответствовать диаметру окружности, на которой расположены центры крепежных (резьбовых) отверстий или шпилек ступицы. Диаметр центрального отверстия (ЦО) должен соответствовать (с минимальным зазором) диаметру центрирующего выступа на ступице автомобиля (измеряется в миллиметрах). Допускается отклонение его величины в большую сторону. В этом случае для установки колеса можно использовать переходные центровочные кольца (иногда входят в комплект легкосплавных колес). Максимальная статическая нагрузка на колесо должна быть не менее 1/4 разрешенной максимальной массы автомобиля (в кгс), указанной в паспорте или свидетельстве о регистрации транспортного средства. Крепление колеса к ступице осуществляется болтами или гайками, имеющими коническую, сферическую или плоскую прижимную части. Наиболее распространенные диаметры резьбы —12 и14 мм, с шагом 1,25 или 1,5 мм. Каждый элемент крепления должен заворачиваться не менее чем на 5-6 оборотов. Крепежные элементы (болты), завернутые более чем на 6-10 оборотов, могут задевать за детали барабанных тормозных механизмов. У легкосплавных колес ступица толще, чем у стальных, и требует более длинных болтов или шпилек. Болты и гайки для таких колес должны иметь подголовок, исключающий «фрезерование» краев крепежного отверстия колеса гранями головки. Центрирование колеса — обеспечение совпадения оси его вращения с осью вращения ступицы автомобиля или фланца балансировочного стенда. 25

Способ центрирования закладывается при конструировании автомобиля. Как правило, оно осуществляется прижимной частью крепежа и кромками крепежных отверстий колеса. Поэтому недопустимо использовать крепеж с неподходящей прижимной частью. Все колеса должны пройти сертификацию и соответствовать требованиям ОСТ 37.001.429-98 и ГОСТ 5.0511-93. На каждом колесе на видном месте должна быть выполнена литая или четкая нестирающаяся маркировка со следующими данными: 1 - товарный знак или наименование предприятия-изготовителя; 2 - дата (год и месяц) изготовления отливки и номер плавки (для легкосплавных); 3 - условное обозначение профиля обода; 4 - максимальная статическая нагрузка, кгс. В зависимости от применяемого материала колеса для автомобильного транспорта разделяются на два основных вида: стальные и легкосплавные. Стальные колеса изготавливают из листового металла методом штамповки и вальцовки с последующей сваркой составляющих деталей. Благодаря оптимальному соотношению эксплуатационных свойств и себестоимости, этими

колесами

комплектуется

основная

часть

выпускаемых

в

мире

автомобилей. К бесспорным достоинствам стальных колес можно отнести их доступную цену,

достаточные

эксплуатационные

свойства

при

применении

высокопрофильных шин. К недостаткам — невозможность свести к минимуму биение и геометрические отклонения, недостаточную упругую деформацию при сильном ударе колеса о препятствие, ведущую иногда к быстрой потере давления в бескамерной шине.

26

Наряду с отечественными стальными колесами, в продаже встречаются зарубежные, отличающиеся более высокой точностью изготовления и качеством покрытия, а также разнообразием дизайна. Легкосплавные

колеса

делятся

на

два

вида,

принципиально

различающихся по способу изготовления: литые и кованые. Основным материалом для их производства являются сплавы на основе алюминия, реже магния, крайне редко титана. Легкосплавные колеса обрабатываются на высокоточных металлорежущих станках, что практически исключает их биение после установки на автомобиль. Защитное покрытие таких колес не уступает по стойкости лакокрасочным или хромированным

покрытиям

стальных,

а

нередко

и

превосходит

их.

Легкосплавные колеса имеют более жесткую, чем стальные, конструкцию и поэтому реже деформируются. Все легкосплавные колеса, изготовленные и допущенные к продаже в нашей стране, отличаются повышенной прочностью, так как система их сертификации более жесткая, чем в европейских странах. Особенностью технологического процесса изготовления литых колес является получение отливки, максимально приближенной по размерам к заданной конструкции. Последующая механическая обработка сведена к минимуму, а все решения дизайна заложены при проектировании литейной формы. Различные способы литья имеют свои особенности, достоинства и недостатки, влияющие на образование той или иной структуры сплава. При изготовлении каждой партии литых колес делается контрольная отливка, которая подвергается резке и разрушению для оценки структуры и механической прочности. Рентгеновский контроль проходит каждое колесо. Из всех выпускаемых в мире легкосплавных колес подавляющее большинство — литые и лишь незначительная часть — кованые. Объясняется это несоизмеримыми различиями в сложности производственных процессов. 27

Изготавливать литые колеса можно в условиях небольших производств, а кованые под силу только крупным металлургическим заводам с мощным прессовым оборудованием. При производстве кованых колес в России используется технология объемной (горячей) штамповки. В других странах применяют метод раскатки (холодное формование). Принципиально это два разных процесса, но перевод обоих терминов на русский язык означает "кованый", что и отражается в названии изделий. При изготовлении колеса заготовку подвергают поэтапной штамповке с промежуточным нагревом перед каждой деформацией. Такая технология обеспечивает

получение

волокнистой

структуры

материала

изделия

и

увеличение его прочности. Усилие, развиваемое прессом при штамповке, может достигать 20 тысяч тонн, а штамп весить 10 тонн. Все особенности дизайна (форма спиц, окон, переходов и т.д.) достигаются обработкой заготовки на металлорежущих станках, при этом "переводится в стружку" более половины ее веса. Некоторые

заводы

для

уменьшения

себестоимости

изготовления

используют технологию выштамповки окон между спицами. Колеса, изготовленные на основе алюминия и магния, обязательно защищают

от

воздействий

внешней

среды

специальными

защитными

покрытиями. Если при использовании алюминиевых сплавов урон наносится внешнему

виду

колеса,

то

магниевые

—

подвержены

глубокому

корродированию, вплоть до разрушения отдельных участков. Для

обеспечения

адгезии

(сцепления)

защитного

покрытия

с

окрашиваемой поверхностью колесо перед окраской обязательно подвергают электрохимической (гальванической) или химической обработке. Для каждого автомобиля завод-изготовитель указывает допустимые типоразмеры шин. Информация о них содержится в инструкции по эксплуатации автомобиля, а у большинства иномарок — в наклейке или 28

табличке на тыльной стороне лючка топливного бака или на центральной стойке кузова. Вылет приобретаемого колеса должен соответствовать заложенному в конструкцию подвески. Установка колес с вылетом, меньшим допускаемого заводом-изготовителем, приводит к снижению управляемости автомобиля, повышенной чувствительности рулевого управления к дорожным неровностям, износу шин, а при больших ходах подвески — к касанию шинами колесных арок. У колеса с вылетом, большим рекомендованного, возможно касание внутренней частью шины деталей подвески. Применение колес с вылетом, меньше установленного заводом-изготовителем на 7-10 мм, как правило, не приводит к ухудшению управляемости или усилению износа деталей ходовой части [3]. 2.2.

Лакокрасочные материалы

2.2.1. Основные свойства ЛКМ Лакокрасочные материалы обладают рядом свойств, которые позволяют использовать их в качестве декоративных и защитных покрытий. При нанесении

их

на

окрашиваемую

поверхность

они

образуют

пленку,

защищающую металлические изделия от коррозии, а деревянные - от гниения. Физические свойства Плотность – отношение массы вещества к занимаемому им объему. Плотность может быть как меньше единицы (для лаков и растворителей), так и больше единицы (краски, эмали и грунты). Морозостойкость – способность материалов выдерживать многократное переменное замораживание и оттаивание без нарушения своих свойств. Цвет – цветовой фон, насыщенность и светлость. Цвет лакокрасочных материалов зависит от цвета пигментов, наполнителей и связующих. Цвет определяют как визуальным, так и инструментальным способом.

29

Блеск – способность материала направленно отражать световой поток. Блеск лакокрасочного покрытия определяется фотоэлектрическим методом. Светостойкость – способность материала сохранять свой цвет под действием световых лучей. В процессе эксплуатации лакокрасочные материалы меняют свой цвет под действием ультрафиолетовых лучей естественных и искусственных источников освещения. Чем меньше эти изменения, тем выше светостойкость материала. Атмосферостойкость – способность лакокрасочного покрытия сопротивляться разрушающему воздействию солнечных лучей, температурных колебаний, осадков и других атмосферных явлений. Атмосферостойкость определяется при помощи установок, моделирующих различные атмосферные явления, либо путем помещения образцов покрытий в атмосферные условия. Механические свойства Прочность – степень сопротивления материала воздействию внешних сил, вызывающих в нем внутреннее напряжение. Для лакокрасочных материалов, как правило, измеряют прочность при растяжении, изгибе и ударе. Упругость – способность материала восстанавливать свою форму или объем после прекращения действия сил, вызвавших деформацию. Пластичность – свойство материала изменять под нагрузкой форму и размеры без образования трещин и разрывов и сохранять вновь принятую форму и размеры после удаления нагрузки. Твердость – свойство материала сопротивляться проникновению в него другого твердого тела. Истираемость – способность материала сопротивляться уменьшению своей толщины и массы под действием трения. Эластичность – способность материала испытывать значительные упругие деформации без разрушения. Схема получения лакокрасочных материалов приведена на рис. 5.

30

Растворитель Пленкообразующее вещество

31

Пигменты нейтральные

Лак

Эмали, шпаклевки

Грунтовые эмали

Наполнители

Покровные эмали

Шпаклевки

Рис. 5. Схема получения лакокрасочных материалов

Пигменты красящие

Как видно из рис. 5, лакокрасочные материалы – это композиция, то есть смесь нескольких лакокрасочного

компонентов. Главной составной частью каждого

материала

является

пленкообразующее

или

связующее

вещество, способное в результате отверждения образовывать прочную пленку, хорошо прилипающую к подложке (твердой поверхности). Вторым важным компонентом являются пигменты – вещества, придающие покрытиям нужный цвет. Пигменты являются обязательными составляющими любых лакокрасочных материалов, за исключением лаков и политур. В качестве красящих пигментов используют окись хрома, железный сурик, сажу и т. д., нейтральных – цинковые и титановые белила. В подавляющем большинстве случаев в состав ЛКМ входят растворители, которые необходимы для снижения вязкости материала до рабочей, что необходимо для его легкого и качественного нанесения. Растворители, или разбавители, применяют в строгом соответствии с пленкообразующим веществом. Для нитроцеллюлозных – ацетон, спирт или многокомпонентные 646, 648 и др., для алкидных - уайт-спирит, скипидар, 651, РДВ и др. Для удешевления материала, а также для придания ему определенных свойств используются также наполнители, как правило, минеральные порошки (мел, тальк, гипс). Для повышения скорости высыхания ЛКМ в их состав вводят сиккативы (ускорители полимеризации). Кроме перечисленных выше компонентов, являющихся основными, в состав

лакокрасочных

материалов

могут

входить

некоторые

другие

компоненты, улучшающие определенные свойства, например повышающие вязкость, препятствующие образованию воздушных пузырьков на окрашенной поверхности [3].

32

2.2.2. Условные обозначения ЛКМ ЛКМ можно условно разделить на шесть основных групп: Лаки – раствор пленкообразующего вещества, образующий после высыхания однородное, как правило, прозрачное покрытие. Краски – суспензия пигментов и наполнителей в олифе или в водной дисперсии синтетических полимеров, дает непрозрачное покрытие, как правило, без блеска. Эмали – суспензия наполнителей и пигментов в растворе полимеров (лаке), дает блестящее покрытие и, как правило, более твердое, чем краска. Грунты

–

краски

или

эмали,

обладающие

высокой

адгезионной

прочностью. К грунтам лучше, чем к необработанной поверхности, прилипают ЛКМ. Как правило, декоративные свойства грунтов хуже, чем у красок и эмалей. Шпаклевка – густая, вязкая композиция, предназначенная для заполнения и сглаживания неровностей окрашиваемой поверхности. Порошковые

краски

пленкообразующих,

–

пигментов

сухая и

композиция наполнителей,

из

порошкообразных

образующая

после

расплавления, а затем охлаждения непрозрачную твердую пленку. Буквенное

обозначение

ЛКМ

показывает,

на

основе

какого

пленкообразующего вещества они изготовлены. В табл. 4 приведены основные из них. По преимущественному назначению ЛКМ разделяют на следующие группы: -атмосферостойкие; -ограниченно атмосферостойкие; -консервационные; -водостойкие; -специальные; -маслобензостойкие; -химически стойкие; -термостойкие; -электроизоляционные. 33

Таблица 4 Буквенное обозначение в названии ЛКМ Вид пленкообразующего

Обозначение МА ПФ НЦ ГФ БТ МС ВЛ - ХС

Масляные Пентафталевые Нитроцеллюлозные Глифталевые Битумные Масляно-стирольные Сополимерновинилхлоридные Этрифталевые Полиэфирные Мочевиноформальдегидные

ЭТ ПЭ МЧ

Вид пленкообразующего

Обозначение ХВ МЛ АК КЧ СС

Перхлорвиниловые Меламиноалкидные Полиакриловые Каучуковые Сополимерностирольные Полиуретановые Фенольные Эпоксидные Алкидно-акриловые Кремнеорганические Канифольные

УР ФЛ ЭП АС КО КФ

Отнесение к одной из данных групп достаточно условно и означает лишь, что данный материал, безусловно, подходит для указанных целей. Однако многие из них могут применяться и для других целей, например, атмосферостойкие материалы (1), как правило, подходят и для внутренних работ

(2),

а

отдельные

термостойкие

ЛКМ

могут

являться

также

электроизоляционными и химостойкими одновременно. Существует

общепринятая

система

обозначений

лакокрасочных

материалов, которая отражает их свойства, назначение, условия эксплуатации. Большинство

лакокрасочных

материалов

имеют

условное

название

в

соответствии с ГОСТ 9825-73 “Материалы лакокрасочные. Классификация и обозначения”, например “Эмаль ПФ-115 белая”. Первая группа в условном обозначении обозначает вид лакокрасочного материала, в нашем случае “эмаль”. Следующие две (иногда больше) прописные буквы указывают на пленкообразующее, на основе которого 34

изготовлен данный материал (ПФ – пентафталевый) (см. табл. 4). Цифра (или две в отношении шпаклевки) после дефиса означает преимущественное назначение материала, в частности, 1 относится к атмосферостойким лакокрасочным материалам. Четвертая группа знаков обозначает порядковый номер, присвоенный данному материалу органами государственной регистрации. Она состоит из одной, двух или трех цифр и находится сразу после цифры (или двух нулей для шпаклевок), обозначающей преимущественное назначение материала (для ПФ115 это номер 15). Обозначая марку и номер лакокрасочного материала буквами (индексом), производители

указывают

его

пленкообразующую

основу

(ПФ

—

пентафталевая, ГФ — глифталевая, НЦ — нитроцеллюлозная и т. п.), следующими

за

ними

цифрами

—

условия

эксплуатации

(1

—

атмосферостойкие, 2 — стойкие внутри помещений, 3 – консервационные, 4 — водостойкие, 5 — специальные покрытия, 6 — маслобензостойкие, 7 — химически стойкие, 8 — термостойкие, 9 — электроизолирующие, 0 — грунтовки, 00 — шпаклевки) и присвоенный ЛКМ регистрационный номер. Например, эмаль ПФ-115 белая— пентафталевая (ПФ) атмосферостойкая (1) с регистрационным номером 15, ГФ-0119 коричневая — глифталевая (ГФ) грунтовка (0) с регистрационным номером 119, ЭП-0010— эпоксидная (ЭП) шпаклевка (00) с регистрационным номером 10, эмаль ХВ-785 — на перхлорвиниловой смоле (ХВ) химически стойкая с номером 85. В ряде обозначений между первой и второй группой знаков ставятся индексы: Б

—

для

материалов

без

летучего

растворителя;

В

—

для

водоразбавляемых; ВД — для водно-дисперсионных; П — для порошковых. Например, ВД-АК-117— краска водно-дисперсионная (ВД) акриловая (АК) атмосферостойкая. В некоторых случаях для уточнения специфических свойств лакокрасочного покрытия после порядкового номера ставят буквенный индекс: 35

М — матовый, В — высоковязкий, ПГ — пониженной горючести. Например, эмаль МЧ-240 ПМ — мочевиноформальдегидная (МЧ) для работ внутри помещений (2) полуматовая (ПМ). Исключением из данной системы обозначений являются масляные краски. Во-первых, если масляная краска изготавливается с использованием одного пигмента, вместо вида лакокрасочного материала (Краска масляная) пишется название базового пигмента. Например, масляная краска, изготовленная на сурике железном и предназначенная для наружных работ, будет носить название – “ Сурик железный МА-15”. Кроме того, четвертая группа в обозначении масляных красок говорит не о порядковом номере материала, а о виде олифы, на которой данная краска сделана. Так, цифра “1” означает, что краска изготовлена на натуральной олифе, цифра “2” указывает на то, что компонентом является олифа “Оксоль”. Соответственно цифра “3” означает использование глифталевой, “4” пентафталевой, а “5” - комбинированной олифы. Если в названии масляной краски первой цифрой является “0”, это означает, что перед Вами густотертая краска, а не грунт, как в общем случае. Кроме обязательных составляющих названия лакокрасочных материалов в нем могут присутствовать дополнительные буквы, характеризующие некоторые особенности данного материала. Например, в названии “Эмаль ПФ-1217 ВЭ” сокращение “ВЭ” означает, что данная эмаль содержит воду, эмульгированную в пленкообразователе. В названиях материалов могут также встречаться следующие сокращения: “М” образует матовые покрытия, “ПМ” - полуматовые, “ХС” - холодной сушки, “ГС” - горячей сушки. Дополнительная вододесперсионных

группа знаков (ВД) присутствует материалов.

Она

располагается

в обозначении перед

знаками,

обозначающими вид пленкообразующего вещества, как правило, в следующих сочетаниях: “ВД-АК”, “ВД-КЧ” [6]. 36

В

последние

годы

многие

производители

стали

изготавливать

лакокрасочные материалы под собственными торговыми марками, названия которых не соответствуют ГОСТ 9825-73 [6]. 2.2.3. Способы нанесения и сушки лакокрасочных материалов Существуют следующие способы нанесения грунтовых и покровных эмалей: пневматический без подогрева, пневматический с подогревом, безвоздушный и в электрическом поле. Простейшим и вместе с тем наименее экономичным с точки зрения расхода ЛКМ является пневматический способ без

подогрева

при

помощи

пульверизаторов

(пистолетов-краскораспылителей).

При

различной

подогреве

красок

конструкции вязкость

их

снижается, поэтому расход растворителей резко уменьшается. Так, при подогреве нитроэмалей до температуры 55...60°С расход растворителя снижается на 20... 30 %, а синтетических эмалей - на 30... 40 % (при их подогреве до 70°С). Распылением в подогретом состоянии с помощью специальных установок, выпускаемых отечественной промышленностью, можно наносить все виды эмалей. Способ безвоздушного распыления, который чаще всего производится с подогревом, основан на перепаде давления, создаваемого насосом установки, на выходе эмалей из сопла распылителя. При этом потери эмалей на туманообразование сокращаются в 2...4 раза по сравнению с пневматическим распылением. Наиболее совершенным в отношении потерь ЛКМ является способ нанесения покрытий в электрическом поле, где распыленные частицы эмалей получают

отрицательный

заряд

и

притягиваются

к

противоположно

заряженной окрашиваемой поверхности. Этот способ снижает расход эмалей на 30... 50 % и увеличивает производительность в 2...3 раза по сравнению с другими способами нанесения ЛКМ. Однако окраска в электрическом поле целесообразна лишь при больших объемах работ, так как достаточно энергоемка и требует сложного и дорогостоящего оборудования. 37

Приведенные способы нанесения ЛКМ относятся к грунтовым и покровным эмалям. Что касается шпаклевок, то при так называемом местном шпаклевании, когда устраняются отдельные шероховатости, шпаклевку наносят вручную - шпателем, а при шпаклевании более значительных площадей изделия используют грунты - шпаклевки в виде жидкостей, которые наносят на окрашиваемую поверхность пневматическим способом. Долговечность лакокрасочных покрытий во многом зависит от принятого способа

сушки.

Различают

естественный,

конвекционный

и

терморадиационный способы сушки. Естественный способ сушки используют, как правило, для нитроэмалей. Необходимая температура сушки создается подогревом

воздуха

(конвекционный

способ)

или

лучистой

энергией

(терморадиационный способ). Для алкидных эмалей можно использовать все названные виды сушек, а для меламиноалкидной - терморадиационный. При терморадиационном способе инфракрасные лучи проходят через лакокрасочное покрытие и нагревают поверхность изделия, отчего сушка начинается не с поверхности, как это имеет место при естественном и конвекционном способах, а изнутри, способствуя беспрепятственному улетучиванию растворителя и исключая образование дефектов (воздушных пузырьков и различного рода включений) в подповерхностном слое покрытия [3]. 2.3. Строение, свойства и область применения производстве и ремонте автомобилей

пластмасс

при

В любую пластмассу входит полимер, представляющий собой сложную молекулу, состоящую из простых молекул-мономеров, от количества и расположения которых зависят

свойства

данной пластмассы. Помимо

мономеров в пластмассы входят наполнители различного назначения, о которых будет сказано ниже, антистарители, например слюда, катализаторы, ускоряющие процесс полимеризации (известь, магнезия и пр.), красящие пигменты и др. компоненты. 38

К ранее указанным положительным свойствам пластмасс относятся также высокие

диэлектрические

и

антикоррозионные

свойства,

низкая

теплопроводность. К отрицательным свойствам следует отнести сравнительно низкие, по сравнению с металлами, показатели прочности и низкий диапазон рабочих температур.

Большинство

пластмасс

удовлетворительно

работают

при

температурах, не превышающих +160°С. К отрицательным свойствам относится также склонность пластмасс к старению. Под старением полимерных материалов понимаются необратимые изменения важнейших технических характеристик, происходящие в результате сложных химических и физических процессов, развивающихся в материале при эксплуатации и хранении. Причинами старения являются: свет, теплота, влага и др. немеханические факторы. Для замедления процессов старения в полимерные материалы добавляют различные стабилизаторы, например фенолы. Пластмассы

квалифицируются

по

назначению

(конструкционные,

электротехнические, звукотеплоизоляционные и др.); по прочности (низко-, средне- и высокопрочные). К низкопрочным относится, например, полиэтилен, к среднепрочным - капрон (капролаетам), к высокопрочным - пластмассы с различного рода наполнителями (текстолит, асбо- и стекловолокниты и др.). Достаточно

распространенной

классификацией

применительно

к

конструкционным пластмассам является их классификация по характеру связующего вещества, от которого зависит поведение материала при нагревании и последующем остывании. В зависимости от указанного фактора пластмассы

подразделяются

на

термопластичные

(термопласты)

и

термореактивные (реактопласты). Термопластичные пластмассы (обратимые полимеры) при повторном нагревании размягчаются и поддаются формированию, а при охлаждении снова застывают, сохраняя прежние свойства, поэтому их можно неоднократно перерабатывать. 39

Термореактивные пластмассы относятся к необратимым полимерам, которые при нагревании, вследствие протекания необратимых химических реакций, превращаются в твердые неплавкие вещества. Наиболее часто применяемые при производстве и ремонте автомобилей пластмассы следующие. Полиамиды - группа пластмасс с известными названиями: капрон, нейлон и др. В составе макромолекул полимера присутствует алкидная группа, а также метиленовые группы, повторяющиеся от 2 до 10 раз. Полиамиды при обычных температурах представляют собой твердые и эластичные материалы, а при температуре 160... 240°С переходят в жидкое состояние; они обладают высокими прочностными и антифрикционными свойствами, химостойкими к нефтепродуктам; в нагретом состоянии легко заполняют форму и затвердевают без пор и трещин. Из полиамидов, например из капрона (поликапролактама), изготавливают большое число автомобильных деталей: втулки педалей и рессор, корпуса сальников, шестерни привода спидометра и др. Эгролы - этилцеллюлозные полимеры, обладающие достаточно высокой прочностью в твердом и хорошо формирующиеся в нагретом состоянии. Растворяются в активных растворителях (ацетоне и спирте), не подвержены действию нефтепродуктов. Из этролов изготавливают рулевые колеса, рукоятки управления, щитки приборов и др. детали. Фторопласты - аморфно-кристаллические полимеры. Аморфная фаза придает этим полимерам эластичность. Фторопласты обладают высокой химической

стойкостью.

Так,

фторопласт-4

может

длительно

эксплуатироваться при температуре 250°С, стоек к действию растворителей, кислот и щелочей, является самым химически стойким из всех известных материалов пластмасс, металлов, стекол и т. п. Из фторопластов (4, 4Д, 4М и др.) изготавливают уплотнительные прокладки, мембраны бензиновых насосов, различного рода втулки, вентили, а также антифрикционные детали. 40

Для

изготовления

отдельных

деталей

автомобиля

применяются:

акрилопласты — для изготовления плафонов и стекол габаритных фонарей; винипласты — для изготовления банок аккумуляторных батарей и др. Среди

пластмасс

на

основе

термореактивных

смол,

именуемых

реактопластами, наибольшее распространение получили фенопласты, основой которых являются фенолоформальдегидные смолы. Фенопласты обладают высокими механическими и диэлектрическими свойствами, стойки к нефтепродуктам и классифицируются по наполнителю. При изготовлении деталей автомобиля из фенопластов наиболее часто применяют так называемые слоистые пластики – асботекстолит, текстолит и стеклотекстолит. Асботекстолит получают горячим прессованием асбестовой ткани, пропитанной

фенолоформальдегидной

смолой.

Асботекстолит

обладает

высокой теплостойкостью и хорошими фрикционными качествами. Он используется для изготовления тормозных накладок и накладок дисков сцепления. Текстолит имеет в качестве наполнителя хлопчатобумажную ткань. Среди слоистых пластиков текстолит обладает наибольшей способностью поглощать вибрационные нагрузки, имеет высокие диэлектрические и прочностные свойства.

Поэтому

электрооборудования,

из

текстолита,

изготавливают

помимо шестерни

деталей и

упорные

приборов шайбы

распределительного вала. В стеклотекстолитах в качестве наполнителя применяют стеклоткани. Демпфирующая способность стеклопластиков выше, чем у текстолитов. Длительно стеклопластики могут работать при температуре 200... 400°С, а кратковременно, в течение нескольких десятков секунд, выдерживают температуру в несколько десятков тысяч градусов, что и определяет их применение в качестве теплоизоляционных материалов.

41

Помимо тканей, в качестве наполнителей используются и волокна этих тканей.

Такие

материалы

относят

к

пластмассам

с

волокнистыми

наполнителями, которые считаются более дешевыми по сравнению с тканевыми

наполнителями.

волокнистыми

Наибольшее

наполнителями

применение

находят

из

пластмасс

стекловолокниты,

с

которые

применяются в качестве тепло- и звукоизоляционных обивочных материалов, а также могут быть использованы для изготовления крупногабаритных изделий сравнительно простых форм, например кузовов автомобилей. Особую группу пластмасс составляют пластмассы с порошковыми наполнителями, к которым относятся композиции на основе эпоксидных смол, широко применяемые при восстановлении повреждений крупногабаритных корпусов деталей автомобиля. Эпоксидная композиция включает эпоксидную смолу, в которую добавляют пластификатор (дибутилфталат) для облегчения нанесения композиции на восстанавливаемую деталь. В качестве наполнителей используют мелкодисперсные материалы (порошки). Применение того или иного наполнителя зависит от материала восстанавливаемой детали. Так, при восстановлении блоков цилиндров, изготовленных из серых чугунов или литейных алюминиевых сплавов, применяют порошки соответствующих материалов. Непосредственно перед восстановлением детали добавляют отвердитель (полиэтиленполиамин). Необратимое отвердение эпоксидной композиции происходит в течение 48 часов. Эпоксидные композиции, используемые, например, для заделки трещин водяной рубашки цилиндров взамен сварки, дают существенную экономию дорогостоящих сварочных материалов. Отремонтированные таким способом детали надежно работают при температуре, не превышающей 100... 120°С. К пластмассам с газовым наполнителем относят пенопласты (поропласты). Эти материалы, состоящие на 95 % из воздуха или газа-азота, который выделяется в процессе полимеризации, применяются для изготовления подушек и сидений автомобиля [3]. 42

2.4. Автомобильные стекла 2.4.1. Типы автомобильных стекол Существуют

два

типа

автомобильных

стекол:

однослойные

и

многослойные. Однослойные стекла (постепенный

нагрев

и

проходят быстрое

термическую охлаждение),

обработку поэтому

их

– закалку называют

закаленными (сталинит). Термообработка стекла обеспечивает его разрушение на небольшие осколки с неострыми краями. Закаленные стекла обладают повышенной механической прочностью, и в официальных документах их называют упрочненными. В этих стеклах в процессе эксплуатации могут образовываться микротрещины под действием высоких нагрузок или резких ударов. Со временем это может привести к неожиданному разрушению стекла. Резкий перепад температур в процессе закалки вызывает появление зон концентрации механических напряжений в стекле. Даже несильный удар по этим областям, если они расположены по торцам, может привести к полному разрушению

сталинита.

На

современных

автомобилях

такие

стекла

используются в дверях, заднем проеме и т. д., но не устанавливаются в качестве ветровых. Многослойные стекла состоят из нескольких слоев и склеивающих их прозрачных полимеров. На автомобилях применяют трехслойные изделия – два стекла и слой полимера. Их принято называть триплекс. При

разрушении

осколки

удерживаются

связующей

пленкой,

предотвращая ранения. Многослойное стекло устойчиво к образованию сквозных отверстий и предохраняет людей, находящихся в салоне, от предметов, летящих из-под колес впереди идущего транспорта. Остекление бронированных автомобилей представляет собой пакет из нескольких стекол и полимерных пленок.

43

Изготовление стекол. Плоские заготовки необходимых размеров для сталинита и триплекса получают из листового стекла. Затем обрабатывают края, наносят маркировку, шелкографический рисунок (по краям вклеиваемых стекол). Для получения необходимой пространственной геометрии стекла подвергают моллированию (от лат. mollio — делаю мягким, плавлю) — нагретую до определенной температуры (650-700°С) заготовку помещают на металлический шаблон, где она под действием собственного веса принимает определенную форму. Для закалки стекло резко охлаждают до температуры 100-120°С и окончательно снижают его температуру в течение довольно длительного времени. Стеклянные элементы триплекса моллируют попарно (сразу оба), предварительно

нанеся

на

контактирующие

препятствующий

слипанию. После

поверхности

этой операции между

состав,

заготовками

помещают поливинилбутиральную пленку и производят склеивание этим полимером в течение трех часов при температуре около 140°С и давлении 10 бар. Соединение пленкой используется для всех ветровых стекол. Остальные элементы остекления (не ветровые) могут склеивать с помощью полимерной жидкости, после чего производится ультрафиолетовое облучение, в результате которого полимер превращается в прозрачный эластичный материал. Менее сложная технология изготовления закаленных стекол определяет их более низкую цену, чем у триплекса [5]. 2.4.2. Способы крепления стекол Крепление с помощью резинового уплотнения наиболее дешевый и простой способ. Однако такое крепление обладает рядом существенных недостатков. Со временем резина уплотнения теряет свою эластичность, хуже облегает стекло и кузов, что может привести к протеканию воды в салон. В результате аварии стекло может выпасть из проема и нанести серьезные травмы. Площадь остекления современных автомобилей больше, чем у 44

выпускавшихся ранее, соответственно возросла масса стекол. Поэтому резиновые уплотнения уже не могут обеспечить надежную фиксацию стекол, что привело к их установке на полимерную клеевую композицию. К тому же крепление резиновыми уплотнениями на конвейерах автозаводов довольно сложно полностью автоматизировать. Вклеивание стекол помимо надежной фиксации увеличивает жесткость кузова, обеспечивает хорошую влагоизоляцию и предотвращает их выпадение в результате аварии. Для качественной установки кромки проема кузова и стекла должны быть тщательно обезжирены. Шелкографический рисунок помимо увеличения адгезии клея к стеклу улучшает внешний вид (скрывает края проема кузова и неровности клея). Вклеиваемые стекла более требовательны к качеству изготовления и монтажа, так как толщина клеевого слоя значительно меньше резинового уплотнения. Поэтому даже незначительное отклонение (превышение допустимых отклонений) от номинальных размеров и геометрии приводит к неплотному прилеганию к клею или очень близкому расположению к металлу кромки проема кузова [4]. 2.5. Стеклоочистители Щетки

—

рабочие

элементы

стеклоочистителя,

испытывающие

механические, температурные и химические воздействия. Поэтому к ним предъявляются жесткие требования. Щетки должны: •

равномерно и качественно очищать от различных загрязнений всю охватываемую ими поверхность не только плоского, но и выпуклого стекла в широком диапазоне скоростей автомобиля и температурных условий;

•

обладать достаточной износостойкостью (срок службы качественной щетки при соблюдении условий эксплуатации, как правило, составляет не менее года);

•

не царапать ("затирать") стекло. 45

Устройство щеток. Щетка стеклоочистителя состоит из ленты, упругих пластин (пластины) и каркаса. Лента — резиновая полоса со специальным профилем. Профиль имеет рабочую часть (стреловидная форма сечения), заканчивающуюся строго прямоугольной рабочей кромкой, шейку (основание рабочей части) и пазы (паз) для упругих пластин (пластины). У некоторых конструкций щеток на боковых поверхностях рабочей части ленты есть дополнительные продольные острые кромки (рис. 6).

Рис. 6. Конструкция щеток Основными факторами, определяющими качество ленты, являются: • состав резины; • точность геометрических размеров. Упругие пластины — стальные полосы, длина которых соответствует длине щетки, а ширина и толщина составляют 1-2 мм и 0,3-0,5 мм соответственно. Каркас

—

металлическая

конструкция,

закрепленных друг на друге коромысел. 46

состоящая

из

шарнирно

Упругие пластины (пластина) вставляются в пазы по бокам ленты (иногда — внутрь нее), придают ей определенную форму и распределяют усилие, передаваемое

каркасом

"армированная"

равномерно

пластинами,

по

всей

длине

с

каркасом

соединяется

ленты.

Лента,

(охватывается

специальными зажимами, расположенными на концах коромысел) Как правило, один крайний зажим каркаса фиксирует ленту жестко. Остальные являются "плавающими" и позволяют ленте перемещаться при повороте коромысел. В некоторых конструкциях все зажимы являются свободными, а для удержания ленты в каркасе на его торцах имеются упоры. За счет этого рабочая часть ленты может полностью (по всей длине) прижиматься к выпуклому стеклу различной кривизны Упругие пластины некоторых щеток в свободном состоянии слегка изогнуты, благодаря чему

при работе лента лучше

прижимается к стеклу. Щетка крепится к рычагу (поводку) при помощи адаптера (защелки). Адаптер может являться неразъемной частью каркаса либо отдельно входить в комплект щеток. Работа щеток. При движении щетки ее каркас перпендикулярен поверхности стекла, а шейка изгибается, и рабочая часть ленты движется по стеклу с некоторым наклоном. Острая кромка ленты "продавливает" слой воды, и рабочая часть соскабливает основную ее массу с поверхности стекла. Остатки воды равномерно распределяются по поверхности стекла тонким слоем и впоследствии испаряются. При изменении направления движения щетки шейка ленты изгибается в другую сторону и процесс очистки продолжается ее другой стороной. Основные причины, приводящие к неудовлетворительной работе щеток стеклоочистителей, следующие. Недостаточный прижим ленты к стеклу приводит к тому, что ее рабочая кромка перестает продавливать слой воды и скользит по нему. Это может быть вызвано ослаблением пружины поводка стеклоочистителя. Неплотный прижим 47

щеток при исправных поводках может возникать на больших скоростях автомобиля. Неравномерное прилегание щетки к поверхности стекла, как правило, чаще имеет место на стеклах с сильно изменяющейся кривизной поверхности (например, ветровое стекло заднеприводных автомобилей ВАЗ). В средней (более плоской) части стекла щетка чистит удовлетворительно, а на сильно изогнутых крайних частях каркас не изгибается и перестает прижимать некоторые участки ленты. Причиной этого часто бывает потеря подвижности ("закисание" или замерзание) шарниров коромысел и зажимов на их концах (лента перестает перемещаться вдоль каркаса) или погнутый поводок стеклоочистителя. Неправильное прилегание рабочей части ленты (слишком большой наклон) приводит к тому, что ее рабочая кромка перестает продавливать слой воды, скользя по нему. Кроме того, при излишнем наклоне рабочей части ленты под ней начинает скапливаться песок, царапающий стекло. Причиной чрезмерного наклона может быть слишком жесткая пружина поводка, слишком мягкая резина или растрескивание шейки, сильное загрязнение ленты, износ шарниров коромысел и адаптера. Износ рабочей кромки ленты — округление ее прямых углов. Кромка перестает касаться стекла по всей своей длине, оставляя на нем полосы воды и грязи. Преждевременный износ появляется из-за трения щеток о недостаточно смоченное

стекло.

Причиной

этого

бывает

неисправность

омывателя,

неправильная настройка его форсунок, а также задержка подачи жидкости при одновременном включении омывателя и стеклоочистителя. К появлению задиров на рабочей кромке и ее износу приводят сколы или твердые трудноудалимые наросты на поверхности стекла, например капля битума или клея и т. д., а также неоттаявший лед. Загрязнение стекла органикой (замасливание) неизбежно в крупных городах и их пригородах. На стекло попадают продукты неполного сгорания 48

топлива, моторные масла, битум и прочие вещества, содержащиеся в придорожной

атмосфере.

Такое

загрязнение

не

удаляется

щетками

стеклоочистителя. Влага, остающаяся на замасленном стекле после щеток, собирается в мелкие капельки, еще больше ухудшая его прозрачность. "Дробление"— движение щетки рывками, оставляющее на стекле "веер" грязевых полосок. Появляется вследствие того, что рабочая часть ленты перестает "перекладываться" Причиной, как правило, является сильное загрязнение ленты или низкое качество резины (потеря эластичности). Иногда "дробление" возникает из-за нарушения перпендикулярности каркаса щетки к поверхности стекла (изношенные шарниры и адаптер или изогнутый винтом поводок) [5]. 2.6. Клеящие материалы 2.6.1. Общие требования по применению клеев Клеи

представляют

собой

вещества

или

композиции

веществ

преимущественно органической природы, которые, благодаря сочетанию таких свойств, как хорошее прилипание, механическая прочность в требуемом интервале температур, минимальная усадка при отверждении и пр., пригодны для прочного соединения различных материалов. Для получения прочного клеевого

соединения

необходима

тщательная

очистка

поверхностей

склеиваемых материалов. Требования по подготовке склеиваемых поверхностей приводятся в инструкциях по применению клеев. Однако следует назвать некоторые общие правила:- для пластмасс - обезжиривание поверхности растворителями (уайтспирит, бензин, ацетон) и придание ей шероховатости;- для металлов удаление окалины, краски, ржавчины и обезжиривание. При склеивании чугунных деталей необходимо тщательно снять графитовую пленку;- для резины - обезжиривание, придание склеиваемой поверхности шероховатости;для керамики, стекла и бетона, древесных материалов, кожи, тканей и т. д. 49

очистка

склеиваемых

поверхностей

от

загрязнений

и

обезжиривание.

Большинство клеев и входящих в их состав компонентов являются горючими и токсичными

веществами.

Поэтому

все

работы

по

приготовлению

и

применению клеев следует производить в строгом соответствии с действующей нормативной документацией, учитывая как технологию, так и требования техники безопасности [3]. 2.6.2. Общая классификация клеящих материалов 1. ПОЛИУРЕТАНОВЫЕ КЛЕИ. Полиуретановые клеи появились на нашем рынке относительно недавно, всего 5-10 лет назад, в то время как на Западе их ценные свойства находят применение уже лет тридцать. Главное их достоинство состоит в превосходной адгезии к любым материалам. Клеи могут быть эластичными и жесткими, легко варьируется скорость отвердевания. Хороши полиуретановые клеи тем, что в отличие от остальных клеев они имеют

очень

широкий

температурный

интервал

эксплуатации.

Они

практически не изменяют своих свойств при температуре от -50 до + 120ºC. Кроме того, полиуретан абсолютно водостоек. 2. ПОЛИУРЕТАНОВЫЕ

ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ

КЛЕИ.

Один

компонент - смесь полиэфиров с различными свойствами, второй компонент изоцианаты, обычно дифенилметандиизоцианат. При смешивании компонентов начинается полимеризация, в результате чего образуется сшитый полимер. Скорость отвердения клеев легко регулируется от нескольких секунд до суток введением катализатора. 3. ПОЛИУРЕТАНОВЫЕ вместе

изоцианат

и

ОДНОКОМПОНЕНТНЫЕ

полиэфир.

Полимеризация

клея

КЛЕИ.

Содержат

происходит

при

поглощении клеем влаги из воздуха или склеиваемых материалов. 4. ХЛОРОПРЕНОВЫЕ (НЕОПРЕНОВЫЕ), РЕЗИНОВЫЕ, БУТАДИЕНСТИРОЛЬНЫЕ (SBS, SBR) КЛЕИ. В состав клеев входят синтетические полимеры:

хлоропреновый

каучук,

бутадиеновый

каучук,

сополимеры

бутадиена и стирола либо иные синтетические полимеры. Эти клеи всегда 50

содержат легко летучий растворитель. Когда растворитель испаряется, полимер застывает и превращается в резиноподобную массу. В основном это контактные клеи (см. ниже). Клеи надежно и быстро склеивают все виды пластмасс и металлов. Хорошо выдерживают длительное воздействие воды и морозы. 5. АКРИЛОВЫЕ КЛЕИ. ВИНИЛОВЫЕ (ПОЛИВИНИЛАЦЕТАТНЫЕ) КЛЕИ. Представляют собой суспензию соответствующего полимера в воде, иногда в спирте. Когда растворитель испаряется, полимер гуммируется и постепенно застывает, набирая жесткость. 6. КЛЕИ

НА

ОСНОВЕ

РАСТВОРИТЕЛЯ.

Одни

клеи

содержат

растворитель, другие нет. В качестве растворителя может быть вода или органические жидкости. Если клей содержит растворитель, то, затвердевая, клей, как правило, уменьшается в объеме. Это уменьшение характеризуется так называемым сухим остатком. Чем больше сухой остаток, тем меньше содержание растворителя. Клеи в зависимости от растворителя, входящего в их состав,

можно

разделить

на

горючие

и

негорючие.

Негорючими

растворителями являются все хлорированные углеводороды. 7. КОНТАКТНЫЕ КЛЕИ. Контактными являются, как правило, все клеи, содержащие легколетучие растворители. В клеях, которые употребляются для склеивания пластиков, кож, резин, металлов, поролона, пенополистирола, в качестве

растворителей

обычно

используются

наименее

токсичные

легколетучие вещества: легкие углеводороды, циклогексан, метилэтилкетон, ацетон, ксилол, эфиры, хлорированные растворители. После нанесения такого клея на одну или обе поверхности и непродолжительного подсушивания склеивание происходит сразу же, обеспечивая прочное соединение. 8. КЛЕИ,

НЕ

СОДЕРЖАЩИЕ

РАСТВОРИТЕЛЬ.

Такие

клеи

отвердеваются без усадки. Поэтому по своим характеристикам эти клеи удобнее для склейки жестких плоских поверхностей, заполнения различных пазов, швов [3]. 51

2.6.3. Ассортимент клеящих материалов Клей универсальный "Момент" склеивает дерево, металл, жесткий поливинилхлорид, кожу, резину, войлок, декоративно-слоистый пластик, стекло, керамику. Клей токсичен и огнеопасен, поэтому работать с ним необходимо в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе вдали от открытого огня. Наносят клей тонким слоем на обе склеиваемые поверхности (сухие, очищенные и обезжиренные), выдерживают 15 - 20 мин, пока клей не подсохнет до "отлипа" (т. е. до тех пор, пока клей не перестанет прилипать к приложенному чистому пальцу), и сжимают их на несколько секунд. При склеивании поверхностей большой площади из гибкого материала, например тонкой резины и пластика, совместить поверхности довольно трудно, так как склеивание происходит мгновенно и при неправильном наложении уже практически ничего нельзя будет изменить. Совмещение облегчается, если проложить

между

склеиваемыми

поверхностями

лист

чистой

бумаги.

Постепенно выдвигая бумагу, совмещают поверхности и сжимают их (прикатывают). Наносить клей на большие площади удобно металлическим шпателем. Клей эпоксидный предназначен для склеивания металла, керамики, стекла, древесины и других материалов, для заделки отверстий и трещин. Может быть использован в качестве лакового покрытия. Клей водо- и маслостоек, является хорошим электроизолятором. Склеиваемые поверхности тщательно зачищают, обезжиривают растворителем и высушивают. Клей готовят путем смешивания, как правило, 10 (по объему) частей смолы с одной частью отвердителя непосредственно перед использованием (готовая масса теряет текучесть в течение 30 мин). Склеиваемые поверхности покрывают тонким слоем и соединяют с небольшим нажимом. Излишки клея удаляют. Полное отвердение при комнатной температуре наступает в течение 24 ч. При более низкой температуре время отвердения значительно увеличивается. Прочность клеевого 52

шва существенно зависит от точности соблюдения указанного в инструкции соотношения

смешиваемых

компонентов.

Прочность

можно

повысить

прогреванием склеиваемых деталей при температуре около 100°С в течение нескольких часов после отвердения клея. И компоненты, и приготовленный клей оказывают раздражающее действие на кожу. Попавший на кожу клей следует немедленно смыть теплой водой с мылом. Для ремонта пищевой посуды клей применять нельзя. Растворяется бензином. Клеи БФ-2 и БФ-4 склеивают металлы, пластмассы, дерево, стекло, керамику, кожу. Клей БФ-2 используют, когда требуется хорошая влаго- и теплостойкость клеевого шва. Клею БФ-4 отдают предпочтение, если требуется эластичность и морозостойкость соединения. Для достижения высокой прочности соединения склеиваемые поверхности должны быть тщательно подогнаны друг к другу (зазор не более 0,05 мм), очищены от грязи и оксидов, обезжирены ацетоном или другим растворителем. На подготовленные таким образом поверхности кистью наносят тонкий грунтовочный слой клея, сушат около 1 ч на воздухе или в течение 15 мин при температуре 85-95°С. После охлаждения деталей до комнатной температуры наносят второй слой клея, дают ему подсохнуть, после чего детали стягивают (например, струбцинами) и помещают в термостат или духовку, где сушат при температуре 120-160°С в течение 2 ч. Если детали имеют низкую теплостойкость, клеевой шов сушат при комнатной температуре 36-48 ч, однако прочность склеивания в этом случае будет ниже. Эти клеи можно применять для защиты металлических деталей от коррозии. Они хорошо растекаются по поверхности металла и обеспечивают достаточно стойкое к механическим и химическим воздействиям покрытие. Если клей слишком загустел, его можно разбавить этиловым спиртом. Клей 88Н хорошо приклеивает резину и другие материалы к металлу. Клей разжижают бензолом до консистенции жидкой сметаны (не тянется за кистью и не стекает с нее). Клеем намазывают резину (или другой материал) и сушат 3-5 53

мин. Затем наносят второй слой клея на резину и первый на металл. Оба слоя сушат 5-6 мин. Детали соединяют и резину прикатывают роликом, после чего сушат в течение суток (лучше под прессом). Клеи-компаунды являются хорошим материалами для ремонта методом "холодной сварки" и представляют собой двухупаковочные композиции, которые

после

смешивания

основы

и

отвердителя

быстро

создают

высокопрочный термостойкий материал, обладающий влаго-, масло-, морозо- и бензостойкостью.

После

отвердения

материал

может

быть

обработан

абразивным и режущим инструментом. Клеи-компаунды нашли широкое применение при: - ремонте автомобильных и отопительных радиаторов, блоков цилиндров и трубопроводной арматуры; - герметизации сварных швов в емкостях и корпусах; - восстановлении шпоночных канавок, посадочных мест втулок, сорванных резьб, изношенных и поврежденных коррозией деталей; - заделке трещин и следов коррозии и рихтовки на металлических поверхностях Пластичные клеи (фиксолы) представляют собой двухкомпонентную высоконаполненную

эпоксидную

композицию,

поставляемую

в

виде

цилиндрического двухслойного стержня, которая после разминания пальцами в течение 1-2 минут превращается в замазку, имеющую хорошую адгезию практически ко всем склеиваемым материалам. С помощью полученной пластичной композиции надежно заделываются отверстия, трещины и устраняются течи без применения каких-либо инструментов и приспособлений. В зависимости от назначения они имеют различные вещества наполнители - высокодисперсные порошки железа, меди, алюминия,

цемента и т. д.

двухкомпонентный

Клей

УП-10-14-1

быстроотвердевающийся

и

представляет

собой

высокопрочный

клей

"холодного отвердения", применяемый для устранения негерметичности 54

соединений металла с металлом, резиной, стеклонаполненным полиамидом (автомобильные радиаторы и пр.), может наноситься на влажную поверхность. Клеевые соединения длительно выдерживают воздействие многократного термоциклирования, ударных и вибрационных нагрузок. Температурный диапазон эксплуатации от - 60 до + 1500С. Анаэробные клеи обладают способностью длительное время оставаться в неизменном состоянии при наличии кислорода воздуха и быстро отвердевать при температуре 15-350С в узких зазорах между склеиваемыми поверхностями, при нарушении контакта с кислородом, с образованием прочного клеевого соединения. Анаэробные клеи отличаются большой скоростью отвердения и высокой прочностью при отрыве. Применяются для склеивания различных материалов: металла, стекла, многослойного стекла, керамики, пластмассы. Детали перед нанесением клея должны быть обезжирены и очищены от загрязнений. После обезжиривания детали сушат до полного испарения растворителя. Клей УФ-отвердения Квант-401 предназначен для склеивания плоских металлических поверхностей со стеклом, стекла со стеклом, стекла с триплексом.

Представляет

собой

однородную

жидкость,

способную

отвердевать между соприкасающимися поверхностями под воздействием излучения в ультрафиолетовой и видимой области спектра. Клей отличается большой скоростью отвердения под действием излучения в ультрафиолетовой и видимой области спектра и высокой прочностью при отрыве при соединении металлической поверхности с силикатным стеклом. При работе с клеем необходимо соблюдать осторожность, так как он отвердевает под действием видимого света. Высокопрочные ударо- и водостойкие клеи. Данные клеи, кроме перечисленных свойств, также являются коррозионно-стойкими и обладают великолепной стойкостью к воздействию масел и топлива; обеспечивают длительную

(до

25

лет)

работоспособность 55

изделий;

гарантируют

эксплуатационную надежность изделий, длительное время подвергающихся одновременному воздействию статических и динамических нагрузок. Клеи УП-5-230, УП-5-231 и УП-5-232 предназначены для склеивания изделий конструкционного назначения, приклеивания деталей и узлов на судах и подводных сооружениях. Отличаются высокой адгезией к металлам и стеклопластикам, работоспособны при температурах от -60 до +150°С (кратковременно до 200°С) в условиях многократного термоциклирования, повышенной влажности, а также под воздействием ударных и вибрационных нагрузок. Клеи

УП-5-233-1,

УП-5-233-1Р,

УП-5-177-2

и

УП-5-233-ГШО

предназначены для ремонта и антикоррозионной защиты металлических, железобетонных, стеклопластиковых и деревянных судовых конструкций и подводных сооружений (стеклоткань пропитывается и наклеивается слоями на поврежденные

места);

неблагоприятных

для

погодных

аварийного

ремонта

условиях

подводных

и

судов

на

плаву,

ремонтных

в

работ.

Применяются в конструкциях, работающих в интервале температур от -110 до +1250С, кратковременно - до +2000С. Клеи МГ-400 и МГ-1200 представляют собой 2-х компонентную композицию на основе жидкого связующего и сухого наполнителя и имеют хорошую адгезию ко многим строительным материалам, влаго-, химически-, атмосферостойкость. Композиция МГ предназначена для облицовки камнем, керамикой и металлом оснований из бетона, камня, кирпича всех видов, керамической плитки и пр. материалов, а также для склеивания всех перечисленных материалов между собой. Диапазон рабочих температур составляет от -60 до +4000С. Клеи УВС-10Т и УВС-350 на основе фенолоформальдегидной смолы разработаны на украинском сырье как аналоги клеев ВС-10Т и ВС-350. Клей наносится кистью либо погружением склеиваемых поверхностей в клей. После сушки поверхности соединяют, помещают под пресс и отверждают в течение 56

2-х часов при температуре (180+2)0С. Клей УВС-10Т используется при склеивании и ремонте металлоасбестовых тормозных колодок автомобилей. Клей УВС-350 рекомендуется для изготовления тормозных накладок большегрузных и высокоскоростных автомобилей, а также для применения в авиационной технике. Клей

УП-5-233ГКШ

предназначен

для

антикоррозионной

защиты

внутренних поверхностей батарейных ящиков шахтных электропроводов, палуб судов и других конструкций, получения монолитных полов на предприятиях. Продлевает срок службы и обеспечивает надежность изделий в неблагоприятных условиях эксплуатации (повышенная загазованность и запыленность, ударные и вибрационные нагрузки, перпады температур от -60 до +1200С, повышенная влажность). Клей УП-5-233ПЭН применяется для антикоррозионной защиты изделий конструкционного назначения. Обладает повышенной адгезией к металлам и стеклопластикам. Обеспечивает высокую прочность, ударо- и теплостойкость. Быстрый набор прочности (6-24 ч при 20+50С) [3].

57

3. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ 3.1.

Автомобильные топлива

3.1.1. Производство автомобильных топлив Основные виды топлива для автомобилей - продукты переработки нефти бензины и дизельные топлива. Они представляют собой смеси углеводородов и присадок, предназначенных для улучшения их эксплуатационных свойств. Нефть в качестве сырья для производства различных видов топлива и масел обладает рядом неоспоримых преимуществ, прежде всего высокой калорийностью,

относительной

простотой

способов

ее

добычи,

транспортирования и переработки. Нефть и нефтепродукты в основном состоят из углерода — 83...87 %, водорода — 12...14 % и серы — 3...4 %, остальное — азот и кислород, т.е. основу сложной по химическому составу и структуре жидкости составляют углеводороды: парафиновые, нафтеновые и ароматические. В обычных условиях углеводороды, содержащие от одного до четырех атомов углерода, являются газами. В состав бензина и дизельного топлива входят жидкие углеводороды, имеющие от 5 до 15 атомов углерода. ПАРАФИНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АЛКАНЫ). Если они содержат от одного до четырех атомов углерода — это газы (метан, этан, пропан, бутан, изобутан), обладающие высокой детонационной стойкостью, т.е. их октановое число (0Ч), определенное по моторному методу, составляет 100 и выше. При наличии в парафиновых углеводородах от 5 до 15 атомов углерода — это жидкие вещества, а при содержании свыше 15 атомов углерода — твердые. Топлива и смазочные материалы, содержащие большое количество алкановых

углеводородов,

высококачественных

отличаются

автомобильных

высокой

бензинах

стабильностью.

желательно

В

присутствие

изопарафинов, которые устойчивы к действию кислорода при высоких 58

температурах. Наличие же нормальных парафинов, легко окисляющихся при повышенных температурах, снимает детонационную стойкость бензинов, но, в то же время, уменьшая время с момента подачи топлива в двигатель до его воспламенения, способствует более плавному нарастанию давления и, следовательно,

улучшению

работы

двигателя.

Поэтому

содержание

нормальных парафинов предпочтительно в более тяжелых дизельных топливах, хотя в зимних сортах их количество тоже ограничивают. Смазочные материалы, содержащие парафиновые углеводороды, имеют высокие температуры застывания, поэтому их применение в холодное время также затруднено. НАФТЕНОВЫЕ

УГЛЕВОДОРОДЫ

(ЦИКЛАНЫ)

—

циклические

насыщенные углеводороды в нефти, содержатся в виде циклопентана и циклогексана. Циклическое строение предопределяет высокую химическую прочность углеводородов этого ряда. Нафтеновые углеводороды выделяют меньше теплоты при сгорании по сравнению с парафиновыми углеводородами и имеют высокую

детонационную

стойкость,

т.е.

являются

желательными

компонентами в топливах для карбюраторных двигателей и зимних сортах дизельных топлив. Наличие нафтеновых углеводородов в смазочных материалах определяет увеличение их вязкости и улучшение маслянистости. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АРЕНЫ) содержатся в нефти в виде бензола и его гомологов. Вследствие своей высокой термической устойчивости,

ароматические

углеводороды

являются

желательными

составляющими в топливах для карбюраторных двигателей, которые должны иметь самые высокие октановые числа. Из-за высокой нагарообразующей способности допустимое содержание аренов в бензинах составляет 40... 45 %. В дизельных топливах, вследствие термической стабильности аренов, их присутствие является нежелательным. 59

НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (ОЛЕФИНЫ) не содержатся в нефти, они образуются в процессе ее переработки. Непредельные соединения являются

важнейшим

сырьем

при

получении

топлива

методом

нефтехимического и основного органического синтеза. В условиях эксплуатации низкая химическая стойкость олефинов, содержащихся в нефтепродуктах, играет отрицательную роль, понижая их стабильность. Так, бензины термического крекинга из-за окисления их олефиновой

части

осмоляются

при

хранении,

загрязняют

жиклеры

карбюраторов и впускной трубопровод, т.е. наличие олефинов нежелательно в любых нефтепродуктах. СЕРНИСТЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Нефть многих месторождений является сернистой

или

высокосернистой.

Переработка

такой

нефти

требует

дополнительных затрат, так как при увеличении содержания серы в бензине с 0,033 до 0,15 % мощность двигателя снижается на 10,5 %, расход топлива увеличивается на 12 %, а число капитальных ремонтов возрастает в два раза. Кроме того, использование сернистых топлив наносит большой вред окружающей среде. Сернистые соединения подразделяются на активные и неактивные. К активным относятся соединения, способные вызвать коррозию металлов при нормальных условиях. Это сероводород, меркаптаны и элементарная сера. Находясь в растворенном или взвешенном состоянии, эти соединения способны вызвать сильную коррозию металлов при любых температурных условиях. В соответствии со стандартами присутствие активных сернистых соединений в нефтепродуктах не допускается. Неактивные

сернистые

соединения

при

нормальных

условиях

не

вызывают коррозии металлов, но при полном сгорании топлива в двигателе образуют сернистый и серный ангидриды, дающие в соединении с водой сернистую и серную кислоты.

60

В малосернистой нефти содержание сернистых соединений колеблется от 0,1 до 0,5 %, а в сернистой достигает 4 %. КИСЛОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ в нефти представлены кислотами, фенолами,

эфирами

и

другими

компонентами.

Основная

их

часть

сосредоточена во фракциях нефти, кипящих при высокой температуре (высококипящих), т.е. начиная с керосиновой. Простейшие кислородные соединения — это органические кислоты с общей

формулой

R—COOH,

где

R

—

углеводородный

радикал.

В

незначительном количестве они присутствуют в топливах и маслах в виде высококипящих

(с

температурой

кипения

выше

200°С)

маслянистых

жидкостей, вызывающих сильную коррозию некоторых цветных металлов (свинца, цинка и др.), поэтому их количество в топливах и маслах строго ограничено ГОСТами. СМОЛИСТО-АСФАЛЬТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ — это сложные смеси высокомолекулярных соединений, состоящие из азота, серы, кислорода и некоторых металлов. Содержание этих веществ в нефти может составлять от десятых долей до десятков процентов. Например, нейтральные смолы, содержащиеся в нефти и имеющие цвет от коричневого до черного, обладают интенсивной красящей способностью, чем и обусловлена соответственно окраска получаемых товарных топлив и масел. Это очень неустойчивые, легко изменяющиеся и плохо испаряющиеся вещества, которые отрицательно влияют на свойства топлив и масел. АЗОТИСТЫЕ СОЕДИНЕНИЯ имеются в нефти в крайне малых количествах и поэтому не оказывают заметного влияния на свойства топлив и смазочных материалов [4]. Промышленное производство топлив состоит из следующих основных этапов: первичная, вторичная переработка нефти и процессы смешения (компаундирования).

61

Первичная переработка (прямая перегонка)— разделение нефти на отдельные фракции (части) по температурам кипения при нагревании в специальных

ректификационных

колоннах.

В

результате

получаются

бензиновые, керосиновые, дизельные фракции, которые используются для получения соответствующих видов топлив, а также мазут. Прямая перегонка позволяет получить небольшую часть (10-25 %) бензиновых фракций, в основном невысокого качества. Прямогонные бензины имеют, как правило, очень низкое 0Ч (не более 40-50). Для увеличения выхода топлива и улучшения его качества (например, повышения детонационной стойкости) используют деструктивные процессы. Вторичная переработка (деструктивные процессы от лат. destructio — нарушение, разрушение структуры) изменяет химический состав и структуру углеводородов. Основным методом является крекинг (от англ. cracking — расщепление), главная реакция которого — расщепление крупных молекул мазута на более мелкие: под действием высоких температур без катализатора— термический крекинг, в присутствии катализатора — каталитический крекинг, катализатора и водорода — гидрокрекинг. Эти процессы позволяют увеличить выход бензиновых фракций из нефти до 60 %. Для получения высокооктановых компонентов товарных бензинов используют процессы каталитического реформинга

(получение

ароматических

компонентов),

алкилирования

(получение алкилатов) и изомеризации (получение изомеризатов). Для удаления

серы

из

топлив

применяется

гидроочистка

(разновидность

гидрокрекинга). Смешение прямогонных фракций с компонентами вторичных процессов и присадок

является

завершающим

процессом

получения

товарных

автомобильных бензинов и дизельных топлив. Бензины различных марок получают смешением различного количества компонентов первичной, вторичной переработки нефти и присадок.

62

Автомобильные

бензины

одной

марки,

изготовленные

на

разных

предприятиях, имеют несколько различающийся состав, что связано с неодинаковым набором технологического оборудования. Однако они должны соответствовать нормативной документации. Усредненный компонентный состав бензинов разных марок приведен в табл. 5. Таблица 5 Усредненный компонентный состав бензинов Компонент

Содержание, % массовые АИ-80

АИ-92

АИ-95

АИ-98

Бензин каталитического реформинга

40-80

60-90

45-90

25-90

Бензин каталитического крекинга

20-80

10-85

10-50

0-20

Изопентан

1-10

1-10

1-10

1-10

Алкилат

-

5-20

0-35

0-50

Ароматические углеводороды

-

10-20

20-40

10-40

МТБЭ

0-8

0-12

0-15

0-15

Высокооктановые добавки

0-1

0-1

0-1

0-1

Бензин прямой перегонки

20-60

10-20

0-5

0-5

Дизельные топлива получают смешением прямогонных и прошедших гидроочистку фракций в соотношениях, обеспечивающих требования стандарта по содержанию серы. Для обеспечения низкотемпературных свойств зимнее и арктическое дизтоплива получают из более легких фракций, чем летнее, или проводят его депарафинизацию (извлечение парафинов), а в топливо марки ДЗп вводят депрессорные присадки. В арктическое дизтопливо для повышения ЦЧ вводят специальные присадки, повышающие его с 38 до 40. Гидроочисткой дизельного получают экологически чистые топлива летней (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и зимней марок (ДЗЭЧ), которые обладают пониженным содержанием серы [3]. 63

3.1.2. Автомобильные бензины Россия не является членом Европейского Комитета по Стандартизации (CEN), однако Рекомендации технического комитета CEN/TC "Нефтепродукты, смазки и связанные с ними продукты" учитывает в своих национальных стандартах. ГОСТ Р 51105-97 "Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин" регламентирует те же показатели качества, что и в EN 228, за исключением показателей: "Содержание углеводородов по типам: олефины, ароматика", "Содержание кислорода", "Содержание оксигенатов: метанол, этанол, изопропиловый спирт, изобутиловый спирт, третбутиловый спирт, эфиры, другие оксигенаты". Нормы на эти показатели определены в комплексе методов квалификационной оценки автомобильных бензинов (КМКО), утвержденном МВК при Госстандарте России 27.05.2000 г. Принципиальных отличий показателей качества, определяемых EN 228 в сравнении с ГОСТ Р 51105 и КМКО, нет. ГОСТ Р 51313-99 "Бензины автомобильные. Общие технические требования". Стандарт распространяется на группу однородной продукции бензины для автомобильного транспорта (автомобильные бензины) - и устанавливает показатели качества, характеризующие безопасность продукции и подлежащие обязательному включению во все виды документации, по которой изготавливаются автомобильные бензины. В зависимости от детонационной стойкости устанавливаются типы автомобильных бензинов. Нормы

по

показателям

качества,

характеризующие

безопасность

автомобильных бензинов в документации, на конкретные марки должны быть в пределах

минимальных

и

максимальных

настоящим стандартом (табл. 6).

64

значений,

предусмотренных

Перечень

зарубежных

стандартов

на

методы

испытаний

нефтепродуктов: 1. ASTM D 2700-94 Метод определения детонационных характеристик моторных и авиационных топлив (моторный метод); 2. ASTM D 2699-94 Метод определения детонационных характеристик моторных топлив исследовательским методом; 3. ASTM

D

1266-91

Метод

определения

содержания

серы

в

содержания

серы

в

нефтепродуктах (ламповый метод); 4. ASTM

D

2622-94

Метод

определения

нефтепродуктах рентгеновской спектрометрией; 5. ASTM D 4294-90 Определение содержания серы в нефтепродуктах дисперсионным рентгенофлуоресцентным методом; 6. ASTM D 3237-90 Определение свинца в бензине методом атомноадсорбционной спектрометрии; 7. EN 237-85 Жидкие нефтепродукты. Определение малых концентраций свинца в бензине методом атомно-адсорбционной спектрометрии; 8. ASTM D 3606-90 Определение бензола в бензине методом газовой хроматографии; 9. ASTM D 4420-94 Метод определения ароматических углеводородов в бензине методом газовой хроматографии; 10. ASTM D 4053-90 Метод определения бензола в моторном и авиационном бензинах инфракрасной спектроскопией; 11. ASTM D 323-94 Стандартный метод определения давления насыщенных паров нефтепродуктов (метод Рейда); 12. EN 23 8-85 Жидкие нефтепродукты. Определение содержания бензола методом инфракрасной спектроскопии.

65

Таблица 6 Показатели качества, характеризующие безопасность автомобильных бензинов Наименование показателя

Значение показателя для бензинов типа I II III IV

Детонационная стойкость: октановое число по исследова80 тельскому методу, не менее, или октановое число по 76 моторному методу, не менее Концентрация свинца, г/дм3 , не более, для бензина: неэтилированного 0,013 этилированного 0,17 Давление насыщенных паров, 35-100 кПа Фракционный состав: 90% бензина перегоняется при 190 температуре, оС, не выше, конец кипения бензина, оС, не 215 выше, 1,5 остаток в колбе, %, не более Массовая доля серы, %, не 0,1 более Объемная доля бензола, %, не более

5

Метод испытания

91

95

98

ГОСТ 8226

-

-

-

ГОСТ 511

0,013

0,013

0,013

-

-

-

35-100 35-100 35-100 190

190

ГОСТ 28828

ГОСТ 1756

190 ГОСТ 2177

215 1,5

215 1,5

215 1,5

0,05

0,05

0,05

ГОСТ 19121 или ГОСТ Р 50442

5

5

5

ГОСТ 29040

Примечания: 1. Минимальное и максимальное значения показателя давления насыщенных паров устанавливаются в документации на автомобильные бензины конкретных марок в зависимости от климатического района применения по ГОСТ 16350 и сезона эксплуатации. 2. Для автомобильных бензинов типа II, III, IV допускается до 1 января 2003 г. массовая доля серы не более 0,1 %. 3. Допускается до 1 января 2003 г., показатель "Объемная доля бензола " в документации на автомобильные бензины конкретных марок не включать. 4. Указанные методы испытаний являются арбитражными и подлежат обязательному включению в документацию на автомобильные бензины 66

конкретных марок. Допускается включение других методов испытаний, не уступающих по точности указанным. Бензины, в силу своих физико-химических свойств, применяются в двигателях с принудительным зажиганием (от искры). Более тяжелые дизельные топлива, вследствие лучшей самовоспламеняемости, применяются в двигателях с воспламенением от сжатия, т.е. дизелях. К автомобильным бензинам предъявляются следующие требования: • бесперебойная подача бензина в систему питания двигателя; • образование топливовоздушной смеси требуемого состава; • нормальное (без детонации) и полное сгорание смеси в двигателях; • обеспечение быстрого и надежного пуска двигателя при различных температурах окружающего воздуха; • отсутствие коррозии и коррозионных износов; • минимальное образование отложений во впускном и выпускном трактах, камере сгорания; • сохранение качества при хранении и транспортировке. Для выполнения этих требований бензины должны обладать рядом свойств. Рассмотрим наиболее важные из них. Карбюрационные свойства. Бензин, подаваемый в систему питания, смешивается с воздухом и образует топливовоздушную смесь. Для полного сгорания необходимо обеспечить однородность смеси с определенным соотношением паров бензина и воздуха. На протекание процессов смесеобразования влияют следующие физикохимические свойства. Плотность топлива - при +200С должна составлять 690...750 кг/м3 . При низкой плотности поплавок карбюратора тонет и бензин свободно вытекает из распылителя, переобогащая смесь. Вязкость - с ее увеличением затрудняется протекание топлива через жиклеры, что ведет к обеднению смеси. Вязкость в значительной степени 67

зависит от температуры. При изменении температуры от +40 до — 40°С расход бензина через жиклер меняется на 20...30 %. Испаряемость

-

эксплуатационное

свойство,

характеризующее

особенности и результат процесса перехода топлива из жидкого состояния в парообразное. Испаряемость оказывает влияние на процессы образования горючей смеси в двигателе, воспламенение и горение, полноту сгорания, степень разжижения моторного масла, величину естественных потерь топлива при хранении, изменение качества топлива и экологию окружающей среды. В зависимости от условий различают два вида испарения - статическое и динамическое. Испарение топлива с поверхности, неподвижной относительно окружающей среды, называется статическим. Если жидкость и газовая среда перемещаются относительно друг друга, испарение называется динамическим. При испарении всегда образуются конвективные потоки за счет разности молекулярных масс и температурного градиента в пограничном слое вблизи поверхности испарения. Наиболее сложным видом является динамическое испарение распыленного топлива в турбулентном потоке нагретого воздуха. На развитие этого процесса влияют химические реакции топлива с кислородом воздуха, термодиффузия, передача тепла излучением и конвекцией. Аналитический расчет процесса испарения затруднен, поэтому его изучают на основе экспериментальных данных. Основной характеристикой процесса испарения является его скорость. Скорость испарения - количество вещества, которое испаряется и переносится с единицы поверхности жидкости в окружающую среду в единицу времени.

Скорость

динамического

испарения

оценивается

количеством

вещества, которое испаряется в единицу времени в единице объема пространства. Факторы, влияющие на скорость испарения. На скорость испарения оказывают влияние свойства топлива и условия испарения: размеры, форма и 68

материал камеры, в которой осуществляется испарение; температура жидкости, давление и характер движения среды. При динамическом испарении факела распыленного топлива большое значение оказывают степень и однородность распыливания. Размеры, форма и материал камеры влияют на температурный режим испарения. От них зависит температура среды, жидкости и время прогрева. С изменением температуры меняются все физические параметры процесса испарения. Скорость испарения в факеле сильно зависит от степени распыливания топлива, которая влияет на величину поверхности испарения и количество испаряющегося топлива. С уменьшением размеров капли сокращается время ее прогрева и повышается скорость испарения. Чем меньше однородность распыливания топлива, тем интенсивнее испарение в начальный период и продолжительнее период испарения. Давление насыщенных паров и коэффициент диффузии влияют на скорость испарения. Процесс испарения протекает с затратой тепла. Если при испарении тепло не подводится, то температура окружающей среды и жидкости понижается тем сильнее, чем выше теплота испарения жидкости. Теплоемкость и теплопроводность топлива оказывают влияние на температуру и время прогрева топлива. Особенно при испарении факела распыленного топлива в камере сгорания, когда время смесеобразования мало. Вязкость и поверхностное натяжение топлива влияют на процесс испарения через характеристики распыливания. С увеличением вязкости и поверхностного

натяжения

распыливание

становится

более

грубым

и

неоднородным. Фракционный состав бензина определяют перегонкой на специальном приборе по стандартным показателям: • температура начала перегонки; • температуры 10, 50, 90 % об. выкипания; 69

• температура конца перегонки; • объем остатка в колбе; • объем потерь при перегонке. Фракции бензина условно подразделяют на три части (рис. 8): пусковую первые 10 % отгона, рабочую - 10-90 % отгона и концевую - последние 10 % отгона.

Пусковая фракция

Рис.8. Основные фракции бензина Температура перегонки 10 % (об.) характеризует пусковые качества бензина и его способность к образованию паровых пробок. При пуске холодного двигателя в системе смесеобразования испаряется лишь небольшая часть бензина, его самые легкие фракции. Остальная часть 70

бензина попадает в цилиндры двигателя при пуске в виде жидкой пленки, в которой отсутствуют легкие фракции (рис. 9). Если в бензине недостаточно легких фракций, то бензиновоздушная смесь может оказаться вне пределов воспламенения и двигатель не заведется. Чем ниже температура окружающего воздуха, тем больше требуется легких фракций.

Рис. 9. Фракционный состав автомобильного бензина и жидкой пленки: 1 - автомобильный бензин; 2 - жидкая пленка На прогретом двигателе часть легких фракций может испариться в бензопроводах и образовать паровые пробки, которые вызовут перебои в подаче бензина. Температура перегонки 50 %-ной фракции топлива характеризует скорость прогрева двигателя, устойчивость его работы на малых оборотах и приемистость. Если температура перегонки 50 %-ной фракции высока, то испарение происходит неполно и с небольшой скоростью; горючая смесь получается обедненной, прогрев двигателя затягивается, двигатель на малых оборотах работает неустойчиво, а приемистость его ухудшается. 71

Приемистость двигателя предопределяет динамические качества машины, ее способность преодолевать подъемы без переключения передачи и небольшую длину разгона. Температура перегонки 90 %-ной фракции и температура конца перегонки характеризуют наличие в бензине тяжелых фракций, которые не успевают испариться в впускном трубопроводе и доиспаряются в цилиндрах двигателя. Если тяжелых фракций много и температура их кипения высока, то они останутся в жидком состоянии. В результате этого мощность двигателя упадет, повысится удельный расход топлива и увеличатся рабочие износы двигателя вследствие смывания масла и разжижения его топливом. Пусковые свойства автомобильных бензинов характеризуются не только содержанием 10 % фракции бензина, но и более высококипящей – 20 % фракции. Пусковые свойства бензинов в последнее время связывают с содержанием в них фракций, выкипающих до 70°С. Эта зависимость, в отличие от температур

начала

прямолинейной.

С

кипения,

10 %

понижением

и

20 %

температуры

выкипания,

не

является

окружающего

воздуха

потребность во фракциях, выкипающих до 70°С, растет быстрее, чем при более высоких температурах (рис. 10).

72

Рис. 10. Изменение области возможного запуска двигателя от температуры воздуха и фракционного состава автомобильных бензинов: А - область возможного пуска холодного двигателя; Б - область невозможного пуска холодного двигателя Объем остатка в колбе (количество не испарившегося при перегонке бензина) характеризует наличие в бензине тяжелых, трудноиспаряемых углеводородов и примесей, которые оказывают вредное влияние на работу

73

двигателя. Как правило, эти остатки, попадая в двигатель, полностью не сгорают и увеличивают удельный расход топлива и рабочие износы двигателя. Объем потерь при перегонке характеризует склонность бензина к испарению при транспортировании и хранении. Повышенные потери при перегонке свидетельствуют о наличии особо легких фракций в бензине, которые будут интенсивно испаряться при транспортировании и хранении, особенно в жаркое время года. Давление насыщенных паров - это максимальное давление паров топлива в воздухе,

которое

устанавливается

при

динамическом

равновесии

при

определенных соотношениях жидкой и паровой фаз и температуре. Давление насыщенных паров дополняет информацию фракционного состава об испаряемости бензина. По величине давления насыщенных паров можно судить о пусковых свойствах бензина, о склонности бензина к образованию в топливной системе двигателя паровых пробок, о возможных потерях от испарения. Давление насыщенных паров измеряют в Па и мм рт. ст.: 1Па = 7,5024 *10-3 мм рт. ст. = 1,02*10-5 кгс/см2. Давление насыщенных паров зависит от состава топлив, температуры и соотношения

жидкой

и

паровой

фаз

для

топлив

неоднородного

углеводородного состава. Влияние соотношения паровой и жидкой фаз на величину давления насыщенных паров объясняется следующим. Когда объем паровой фазы по сравнению

с

объемом

жидкой

фазы

невелик,

то

того

количества

легкоиспаряющихся углеводородов, которое содержится в бензине, бывает вполне достаточно, чтобы насытить паровую фазу. В этом случае при насыщении состав жидкой фазы практически не изменяется и в равновесии находятся пар и бензин первоначального состава. Когда объем паровой фазы значительно превышает объем жидкой фазы, тогда для насыщения расходуется значительное количество легкоиспаряющихся углеводородов, при этом состав жидкой фазы меняется. В состоянии насыщения паровая фаза находится в 74

равновесии с жидкостью уже измененного состава. Давление насыщенных паров в данном случае отличается от давления насыщенных паров, определенного при небольшом объеме паровой фазы. С увеличением отношения паровой фазы к жидкой определяемое давление насыщенных паров будет уменьшаться. Давление насыщенных паров очень сильно влияет на потери бензина при хранении и сливе-наливе. Чем выше давление насыщенных паров, тем больше потери бензина (табл. 7). Таблица 7 Потери бензина в зависимости от давления насыщенных паров Давление насыщенных паров, мм рт.ст.

Потери при сливеналиве, % по объему

210 360 425 745

0,03 0,05 0,07 0,12

Потери при наземном хранении за год, % по объему 0,25 1,30 2,10 -

При понижении давления насыщенных паров до 250 мм рт.ст. пусковые свойства бензинов ухудшаются, а при дальнейшем снижении запуск двигателя становится невозможен. Товарные автомобильные бензины должны иметь давление насыщенных паров не менее 250 мм рт.ст. (в стандартных условиях). Склонность бензина к образованию паровых пробок в системе подачи топлива оценивается по отношению объемов паровой и жидкой фаз бензина, испарившегося при определенных условиях. Показателем склонности бензина к образованию паровых пробок является критическое значение показателя соотношения пар - жидкость, исключающее образование паровых пробок в широком диапазоне оборотов и нагрузок двигателя. На практике за показатель склонности бензина к образованию

75

паровых

пробок

принимается

температура,

при

которой

достигается

предельное соотношение пар-жидкость, обычно 20:1. Причиной образования паровых пробок в автомобильном двигателе является перегрев топлива, особенно в условиях жаркого климата. Для обеспечения надежной эксплуатации автомобильного двигателя в различных климатических зонах в стандартах на автомобильные бензины стали предусматривать дополнительные требования к характеристикам испаряемости. Наряду с традиционными показателями фракционного состава введены новые показатели: • объем испарившегося бензина (%) при температуре: 70 °С, 100 °С, 180 °С; • индекс испаряемости (индекс паровой пробки). Чем выше давление насыщенных паров бензина, ниже температура перегонки 10 % и больше объем фракции, выкипающей до 70 °С, тем больше индекс паровой пробки (ИПП). Влияние бутанов на пусковые свойства бензинов. При добавлении в бензин бутановых углеводородов пусковые свойства бензинов улучшаются непропорционально изменению отдельных показателей их испаряемости. Пусковые свойства бензина, содержащего бутан, всегда лучше, чем пусковые свойства бензина без бутана, имеющего такое же давление насыщенных паров и температуру перегонки – 10 %. Предложенные выше формулы для бензинов, содержащих бутаны, дают завышенную температуру воздуха, при которой возможен холодный пуск двигателя. Присутствие бутана в бензине снижает температуру начала кипения бензина [5]. Низкотемпературные

свойства

характеризуют

работоспособность

топливоподающей системы зимой. При низких температурах происходит выпадение кристаллов льда в бензине и обледенение деталей карбюратора. В бензине в растворенном состоянии находится несколько сотых долей процента воды. С понижением температуры растворимость воды в бензине падает и она образует кристаллы льда, которые нарушают подачу бензина в двигатель. 76

Склонность к образованию отложений - эксплуатационное свойство, характеризующее особенности и результат процессов образования отложений продуктов превращения топлив при эксплуатации техники. Отложения изменяют тепловой режим двигателя, ухудшают подачу топлива, увеличивают износ и надежность эксплуатации. Отложения по своим свойствам делят на лаки, нагар и осадки. Лаки — плотные продукты окислительных превращений на горячих поверхностях металла. Для предотвращения образования лаковых отложений топливо должно обладать хорошими моющими свойствами — способностью противостоять окислению и уплотнению продуктов окисления углеводородов, их адсорбции и коагуляции на горячей металлической поверхности. Нагар — твердые продукты отложений, образующиеся на поверхности днища поршня и верхней части цилиндра, форсунке и выпускных клапанах. Нарушает тепловой режим двигателя, подачу топлива, увеличивает износ. Для предотвращения образования нагара топливо и масло должны иметь низкую нагарообразующую способность, что зависит от их основного углеводородного состава, наличия примесей, типа и концентрации присадок. Осадки — липкие, мазеподобные вещества темно-коричневого или черного цвета, состоящие из продуктов низкотемпературного окисления углеводородов, продуктов уплотнения, механических примесей и воды. Забивают элементы топливосистем,

ухудшают

фильтрование

и

подачу

топлива.

Для

предотвращения образования осадков топливо должно обладать высокой химической стабильностью [6]. Сгорание бензина. Под "сгоранием" применительно к автомобильным двигателям понимают быструю реакцию взаимодействия углеводородов топлива с кислородом воздуха с выделением значительного количества тепла. Температура паров при горении достигает 1500...2400 °С.

77

Теплота сгорания (теплотворная способность) - количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг жидкого или твердого и м3 газообразного топлива (табл. 8). Таблица 8 Теплота сгорания различных топлив Топливо

Теплота сгорания, кДж/кг

Бензин Дизельное топливо Спирт этиловый

44000 42700 26000

От теплоты сгорания зависит топливная экономичность: чем выше теплота, тем меньше топлива необходимо для м3 смеси. Нормальное и детонационное сгорание. При нормальном сгорании процесс протекает плавно с почти полным окислением топлива и скоростью распространения пламени 10...40 м/с. Когда скорость распространения пламени возрастает и достигает 1500...2000 м/с, возникает детонационное сгорание, характеризующееся неравномерным протеканием процесса, скачкообразным изменением скорости движения пламени и возникновением ударной волны. Детонация вызывается самовоспламенением наиболее удаленной от запальной свечи части бензино-воздушной смеси, горение которой приобретает взрывной характер. Условия для детонации наиболее благоприятны в той части камеры сгорания, где выше температура и больше время пребывания смеси. Внешне детонация проявляется в появлении звонких металлических стуков результата многократных отражений от стенок камеры сгорания образующихся ударных волн. 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 78

состояния двигателя. В результате детонации снижаются экономические показатели двигателя, уменьшается его мощность, ухудшаются токсические показатели отработавших газов [1]. Бездетонационная работа двигателя достигается применением бензина с соответствующей детонационной скоростью. Углеводороды, входящие в состав бензинов, различаются по детонационной стойкости. Наименее стойки к детонации нормальные парафиновые углеводороды, наиболее - ароматические. Остальные углеводороды, входящие в состав бензинов, по детонационной стойкости занимают промежуточное положение. Варьируя углеводородным составом, получают бензины с различной детонационной стойкостью, которая характеризуется октановым числом (0Ч). 0Ч - это условный показатель детонационной стойкости бензина, численно равный процентному содержанию (по объему) изооктана в смеси с нормальным гептаном, равноценной по детонационной стойкости испытуемому топливу. Для любого бензина октановое число определяют путем подбора смеси из двух эталонных углеводородов (нормального гептана с 0Ч=0 и изооктана с 0Ч=100), которая по детонационным свойствам эквивалентна испытуемому бензину. Процентное содержание в этой смеси изооктана принимают за 0Ч бензина. Определение 0Ч производится на специальных моторных установках. Существуют два метода определения 0Ч - исследовательский (0ЧИ - октановое число по исследовательскому методу) и моторный (0ЧМ - октановое число по моторному методу). Наиболее важным конструктивным фактором, определяющим требования двигателя к октановому числу, является степень сжатия. Повышение степени сжатия

двигателей

автомобилей

позволяет

улучшить

их

технико-

экономические и эксплуатационные показатели. При этом возрастает мощность и снижается удельный расход топлива. Однако с увеличением степени сжатия необходимо повышать октановое число бензина. Поэтому важнейшим 79

условием

бездетонационной

работы

двигателей

является

соответствие

требований к детонационной стойкости двигателей октановому числу применяемых бензинов [3]. В

топлива,

детонационная

стойкость

которых

не

соответствует

требованиям, добавляют высокооктановые компоненты (бензол, этиловый спирт) или антидетонаторы. Антидетонаторы АЛКИЛСВИНЦОВЫЕ АНТИДЕТОНАТОРЫ. Наиболее эффективной антидетонационной присадкой до конца XX столетия являлся тетраэтилсвинец (ТЭС). Способность ТЭС подавлять детонацию была открыта в 1921 г., а с 1923 г. начался массовый промышленный выпуск этого антидетонатора. В настоящее время (с июля 2004) в интересах экологической безопасности повсеместно запрещен. Алкилсвинцовые антидетонаторы - тетраэтилсвинец и тетра-метилсвинец (ТМС) - применяются в виде жидкостей, включающих в свой состав, кроме металлоорганических соединений, выноситель, наполнитель и краситель. Наибольшее распространение получили жидкости Р-9, П-2 и 1-ТС. Этиловая жидкость Р-9 состоит из 54 % ТЭС, 33 % бромистого этила и 6 8+0,5 % монохлорнафталина в качестве выносителя свинца; 0,1 % красителя и наполнителя (керосин или бензин) до 100 %. Жидкость П-2 в качестве выносителя содержит дибромпропан, а жидкость 1-ТС - дибромэтан. Тетраэтилсвинец при повышенных температурах от 200°С начинает разлагаться с образованием металлического свинца и свободного радикала. При температуре 500-600°С происходит полное разложение ТЭС и окисление металлического свинца. Окись свинца прерывает избыточное развитие перекисных цепочек, образующихся в рабочей смеси, тем самым предотвращая процесс взрывного горения. При сгорании бензина, содержащего ТЭС, образуется окись свинца с

80

низкой летучестью (tпл =888°С), поэтому часть ее отлагается на стенках камеры сгорания, свечах, клапанах, что может вывести двигатель из строя. Галоидоалкильные выносители (табл. 9) превращают металлический свинец и его окись в «летучие» галоидопроизводные, которые удаляются из двигателя вместе с отработавшими газами. Таблица 9 Физические свойства выносителей для свинцовых антидетонаторов

Показатели Формула Плотность при 20оС, г/м3 Температура кипения, о С Температура плавления, оС Давление насыщенных паров при 20оС, мм рт. ст. МАРГАНЦЕВЫЕ

Дихлор- Бромистый этан этил

Дибром этан

Дибромпропан

С2Н4Cl2

C2H5Br

C2H4Br2

C3H6Br2

α -монохлорнафталин C10H7Cl

1,257

1,431

2,182

1,933

1,194

83,5

38

135

142

259

-35,3

-118

10

-56

-20

97,4

399

10

6

1,0

АНТИДЕТОНАТОРЫ.

Относятся

к

новым,

называемым «сандвичевым», соединениям, представляющим циклопентадиенильных

кольца,

между

которыми

так

собой два

расположены

атомы

переходного металла - марганца, никеля, кобальта, железа и др. В марганцевых антидетонаторах эффективны

два

переходным

металлом

марганцевых

является

«полусандвича»

марганец. -

Наиболее

циклопентадиенил-

трикарбонилмарганец (ЦТМ) и его метильное производное (МЦТМ). Антидетонатор ЦТМ является легко сублимизующимся кристаллическим желтым порошком. Антидетонатор МЦТМ представляет собой маловязкую жидкость светло-янтарного цвета с травянистым запахом. Оба антидетонатора 81

имеют

примерно

одинаковую

эффективность

и

мало

отличаются

по

эксплуатационным свойствам. Марганцевые антидетонаторы (МА) в 300 раз менее токсичны, чем ТЭС. Хорошо растворимы в бензине и практически нерастворимы в воде. При низких температурах из бензиновых растворов не выпадают. Эффективность МА в различных бензинах приблизительно одинакова со свинцовыми

антидетонаторами

(при

равном

содержании

присадок)

и

превосходит их при одинаковой концентрации металлов. В присутствии МА увеличивается

полнота

сгорания

бензинов

и

снижается

токсичность

отработавших газов. Общий износ и коррозия деталей от введения в бензин МА не

изменяются.

Нагарообразование

в

двигателе

незначительно,

преждевременное воспламенение почти отсутствует. Однако при работе на бензине с МА образующийся нагар вызывает перебой в работе свечей зажигания за счет утечки тока по поверхности изолятора свечи и образования токопроводящих нитей между электродами свечи. Продукты сгорания марганца имеют

высокую

электропроводность,

возрастающую

с

повышением

температуры. Проводятся исследования по изысканию преобразователей нагара, изменению конструкции свечей, применению новых материалов для изоляторов и электродов свечей. В Канаде рекламируется новая антидетонационная присадка «Hitec 3000», которая добавляется в количестве 11 г Mn на тонну бензина. С повышением октанового числа бинзина всего лишь на единицу присадка сокращает выброс автомобилем оксида углерода на 1,2 г/км пробега и NOx - на 0,06 г/км (20 %). Использование МА в малых концентрациях является более дешевым способом повышения октановых чисел, чем изменения химического состава или применение МТБЭ. Марганецсодержащие антидетонаторы в сочетании с преобразователями нагара и антидетонационными спиртовыми добавками и азотсодержащими

82

соединениями рассматриваются как перспективные средства улучшения качества товарных бензинов. АНТИДЕТОНАТОРЫ НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА. Высокими антидетонационными свойствами обладает пентакарбонилжелезо (ПКЖ), которое представляет собой нерастворимую в воде жидкость бледно-желтого цвета с температурой кипения 102,5°С и температурой плавления -21°С. На свету соединение разлагается с выделением твердого нерастворимого осадка, который при соприкосновении с воздухом самовоспламеняется. Эффективность ПКЖ как антидетонатора на 15-20 % ниже, чем ТЭС. При сгорании ПКЖ образуется

окись

легкоподвижного

железа, осадка

отлагающаяся с

в

камере

высокими

сгорания

абразивными

в

виде

свойствами,

увеличивающими износ. Пока ПКЖ как присадка не применяется. В качестве антидетонаторов исследуются комплекс диизобутилена с пентакарбонилжелезом (ДИБ-ПКЖ) и дициклопентадиенилжелезо (ферроцен). Ферроцен

-

металлоорганическое

соединение

так

называемого

«сандвичевого строения». Это легковоспламеняющийся кристаллический порошок с температурой плавления 174°С. Ферроцен более эффективен, чем ДИБ-ПКЖ

и

эффективных

ПКЖ.

Внедрению

выносителей

для

ферроцена окиси

препятствует

железа.

При

отсутствие

использовании

железосодержащих антидетонаторов без выносителей концентрация Fe в бензине не должна превышать 37 мг на 1дм3. АНТИДЕТОНАТОРЫ НА ОСНОВЕ АМИНОВ. Антидетонационный эффект аминосоединений проявляется при больших концентрациях их в бензинах. На первом месте стоят ароматические амины - производные анилина. Анилин представляет собой жидкость с температурой кипения 184°С и температурой плавления -6°С. Долгое время служил эталоном для оценки антидетонационной

стойкости

бензинов

(«анилиновый

эквивалент»).

Существенный недостаток анилина - ограниченная растворимость в бензине.

83

Производные анилина, например ксилидин, применялись в США и Англии в качестве антидетонационной присадки к авиационным бензинам в количестве до 2 %. Производство бензинов и дизельных топлив включает целый комплекс технологических процессов, осуществляемых преимущественно на крупных нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ). Потребление высокооктановых бензинов (например, АИ-95, АИ-98) несколько больше, чем их производство на НПЗ. Это связано с низкой потребностью в этих бензинах в некоторых регионах страны, а малотоннажное производство крупным предприятиям невыгодно. В связи с этим товарные бензины производят небольшие фирмы, которые должны обладать для этого допуском, выданным межведомственной комиссией по испытанию топлив, cмaзoк и специальных жидкостей при Госстандарте РФ. Они получают бензин из компонентов, изготовленных промышленным путем на НПЗ. Например, добавлением в АИ-92 или АИ-95 12-15 % метил-третбутилового эфира (МТБЭ) получают АИ-95 или АИ-98 (соответственно), которые

имеют

вполне

приемлемое

качество.

Используют

также

высокооктановые добавки-антидетонаторы в допустимых концентрациях (табл. 10). Таблица 10 Предельно допустимые концентрации высокооктановых присадок и добавок в бензинах АИ-95 и АИ-98 Наименование

ПДК

Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ)

15 % мас.

Этанол

5 % мас.

АДА, Феррада, АвтоВэм

1,3 % мас. 37 мг Fe/дм3

ФерРоз, ФК-4, АПК

Недобросовестные "производители" идут на нарушение технологии производства. В основном это заключается в изготовлении суррогатных 84

бензинов

из

низкооктановых

компонентов

путем

добавления

антидетонационных присадок в концентрациях, превышающих допустимые нормы. Использование такого топлива в большинстве случаев приводит к нарушению нормальной работы двигателя, и даже выходу его из строя. Например, превышение допустимых норм железосодержащих антидетонаторов вызывает

отложение

токопроводящего

красного

налета

на

свечах,

распылительных отверстиях форсунок и т.д., который практически не удаляется и выводит эти элементы из строя. Зимнее

дизтопливо

дороже

летнего,

поэтому

вышеупомянутые

"производители" для снижения температуры застывания добавляют зимой в летнюю марку бензины или керосины. У них довольно низкое цетановое число (у керосина — 20-40, у бензина —14-24), что приводит к жесткой работе дизеля, соответственно к повышению износа и т. д. Добавление в дизтопливо некачественных депрессорных присадок, понижающих только температуру застывания и не влияющих на предельную температуру фильтруемости, вызывает забивание фильтров. Для

определения

детонационной

стойкости

бензинов,

полученных

смешением двух марок с различными октановыми числами (по моторному методу), используется формула ОЧ=ОЧн+Дв(ОЧв-ОЧн)/100, где ОЧн и ОЧв - октановые числа (по моторному методу) соответственно низко- и высокооктанового бензина; Дв - доля высокооктанового бензина в смеси, %. Следует обратить внимание на то, что октановое число бензина АИ-93 по моторному

методу

составляет

не

менее

85,

а

бензина

А-76

по

исследовательскому методу - 80...82. Отечественная промышленность выпускает бензины следующих марок: А76, А-80, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-98.

85

Маркировка бензинов включает одну или две буквы и цифру: буква «А» бензин автомобильный, «И» - исследовательский метод определения 0Ч (если нет «И» - то моторный), цифра указывает на октановое число. Автомобильные бензины, за исключением марки АИ-98, подразделяются на виды: летний - для применения во всех районах, кроме северных и северовосточных, в период с 1 апреля до 1 октября; в южных районах допускается применять летний вид бензина в течение всего года; зимний - для применения в течение всех сезонов в северных и северовосточных районах; в остальных районах - с 1 октября до 1 апреля. В промышленно развитых странах применяется в основном четыре типа бензинов: обычный неэтилированный с 0Ч=92…95, обычный этилированный с 0Ч=92…95, «Супер» неэтилированный с 0Ч=96...98, «Супер» этилированный с 0Ч=96...98. В разных странах они называются по-разному, но, зная возможные варианты, можно всегда определить, к какому типу относится тот или иной бензин. Например, в Германии используют следующие бензины: «Bleifrei» (дословный перевод «без свинца») с 0Ч=95, «Verbleit» (дословный перевод «со свинцом») с 0Ч=95, «Super bleifrei» с 0Ч=96...98, «Super verbleit» с 0Ч=96...98, «Super plus bleifrei» с 04=98 [5]. 3.1.3. Дизельные топлива Дизельные двигатели, в силу особенностей рабочего процесса, на 25...30 % экономичнее бензиновых двигателей, что и предопределило их широкое применение. В настоящее время они устанавливаются на большинство грузовых автомобилей и автобусов, а также на часть легковых. Эксплуатационные требования к дизельным топливам: • бесперебойная подача топлива в систему питания двигателя; • обеспечение хорошего смесеобразования; • отсутствие коррозии и коррозионных износов; 86

• минимальное образование отложений в выпускном тракте, камере сгорания, на игле и распылителе форсунки; • сохранение качества при хранении и транспортировке. Наиболее важными эксплуатационными свойствами дизельного топлива являются его испаряемость, воспламеняемость и изкотемпературные свойства. Условия смесеобразования в дизеле существенно отличаются от бензинового двигателя. В дизелях рабочая смесь образуется за 20-40° поворота коленчатого вала и составляет 0,001-0,004 с, что примерно в 10-15 раз меньше времени, отводимого на испарение в карбюраторном двигателе. Испарение в дизеле происходит при высокой температуре 600-800 °С, при давлении 3,0-50 МПа в конце такта сжатия воздуха. При ограниченном времени однородная качественная горючая смесь может быть получена только при хорошем распыливании и испаряемости топлива. Испаряемость дизельных топлив в настоящее время оценивается только фракционным составом. Фракционный состав современных дизельных топлив изменяется в широком интервале температур (табл.11). Таблица 11 Зависимость фракционного состава современных дизельных топлив от температуры

Температура, оС начала перегонки 10% 50% 90% 96%

расширенного фракционного состава 60-90 120-150 280 360 380

Топливо утяжеленного фракционного состава 200 240 290 360 380-400

стандартное по ГОСТ 305-82 180-200 210-230 256-280 300-330 до 360

Единичные показатели фракционного состава нормируются по-разному в зависимости от состава и предназначения топлива. 87

Для топлив, включающих бензиновые фракции или газовые конденсаты, с целью ограничения количества легких фракций и улучшения воспламеняемости нормируются температуры начала перегонки и 10 % выкипания. Для топлив с улучшенными экологическими характеристиками нормируется температура выкипания 96 % или конца кипения. Испаряемость топлив из прямогонных соляровых фракций оптимизируется двумя точками фракционного состава: 50 % и 90 % выкипания. В связи с тем, что при атмосферном давлении трудно определить температуру конца кипения или 96 % выкипания, в некоторых стандартах определяют температуру перегонки 90 % или 85 % топлива. Характеристики фракционного состава дизельного топлива оценивают не только испаряемость топлива и качество смесеобразования, но и другие эксплуатационные свойства: воспламеняемость, склонность к образованию отложений и др. Облегчение фракционного состава, т.е. снижение температуры начала перегонки и 10 % выкипания, а также снижение температуры перегонки 96 %, кроме жесткой работы двигателя затрудняет его пуск и прогрев из-за увеличения температуры

теплоты в

испарения

камере

топливовоздушной

сгорания

и

возрастания

смеси,

снижения

периода

задержки

воспламенения легких углеводородов по сравнению с тяжелыми [2]. Утяжеление

фракционного

состава,

т.е.

повышение

температуры

выкипания 90 % и 96 %, приводит к неполному испарению топлива в процессе смесеобразования, и снижению теплоты сгорания тяжелых углеводородов по сравнению с легкими, и ухудшению экономичности двигателя. Несгоревшие тяжелые фракции топлива, стекая по стенкам цилиндра, смывают масло и увеличивают

износ

цилиндро-поршневой

группы,

а

также

вызывают

разжижение масла в картере двигателя. Тяжелые фракции дизельного топлива положительно влияют на его воспламеняемость за счет снижения температуры самовоспламенения нестабильных тяжелых углеводородов. 88

Таким образом, недостаточную самовоспламеняемость легких фракций в дизельном топливе в определенной степени можно компенсировать хорошей самовоспламеняемостью

тяжелых

фракций

углеводородов

алканового

строения. Исходя из этого, перспективным

решением топливной проблемы

дизелизации автомобильного парка является использование единого дизельного топлива с температурой начала кипения 60-80 °С и температурой перегонки 90% -360 °С. Воспламеняемость дизельного топлива характеризует его способность к самовоспламенению в камере сгорания. Это свойство в значительной мере определяет подготовительную фазу процесса сгорания - период задержки воспламенения,

который,

в

свою

очередь,

складывается

из

времени,

затрачиваемого на распад топливной струи на капли, частичное их испарение и смешение паров топлива с воздухом (физическая составляющая), а также времени,

необходимого

для

завершения

предпламенных

реакций

и

формирования очагов самовоспламенения (химическая составляющая). Физическая составляющая времени задержки воспламенения зависит от конструктивных

особенностей

двигателя,

а

химическая

-

от

свойств

применяемого топлива. Длительность периода задержки воспламенения существенно влияет на последующее течение всего процесса сгорания. При большой длительности периода задержки воспламенения увеличивается количество топлива, химически подготовленного для самовоспламенения. Сгорание топливовоздушной смеси в этом случае происходит с большей скоростью, что сопровождается резким нарастанием давления в камере сгорания. В этом случае дизель работает «жестко». «Жесткость» работы оценивают по нарастанию давления на 1° поворота коленчатого вала (KB). Двигатель работает мягко при нарастании давления 2,5...5,0 кгс/см2 на 10 поворота KB, жестко - при 6...9 кгс/см2 , очень жестко при нарастании давления более 9 кгс/см2. При жесткой работе поршень 89

подвергается повышенному ударному воздействию. Это ведет к повышенному износу деталей кривошипно-шатунного механизма, снижает экономичность двигателя. Склонность дизельных топлив к самовоспламенению оценивают по цетановому числу (ЦЧ). ЦЧ - это условный показатель воспламеняемости дизельного топлива, численно равный объемному проценту цетана в эталонной смеси с альфаметилнафталином,

которая

равноценна

по

воспламеняемости

испытуемому топливу. Для определения ЦЧ составляют эталонные смеси. В их состав входят цетан

и

а-метилнафталин.

Склонность

цетана

к

самовоспламенению

принимают за 100 единиц, а альфаметилнафталина - за 0 единиц. Цетановое число смеси, составленной из них, численно равно процентному содержанию (по объему) цетана. Оценку

самовоспламеняемости

дизельного

топлива

производят

аналогично методу оценки детонационной стойкости бензинов. Образец сопоставляется с эталонными топливами на одноцилиндровых двигателях ИТ9. Самовоспламеняемость дизельного топлива влияет на их склонность к образованию отложений, легкость пуска и работу двигателя. Для современных быстроходных дизелей применяются топлива с ЦЧ=45...50. Применение топлив с ЦЧ ниже 40 ведет к жесткой работе двигателя. Повышение ЦЧ выше 50 нецелесообразно, так как из-за малого периода задержки самовоспламенения топливо сгорает, не успев распространиться по всему объему камеры сгорания. При этом воздух, находящийся далеко от форсунки, не участвует в горении, поэтому топливо сгорает не полностью. Экономичность дизеля ухудшается, наблюдается дымление. ЦЧ влияет на пусковые качества дизельного топлива. При высоких ЦЧ время пуска снижается, особенно при низких температурах. 90

ЦЧ

может

быть

повышено

двумя

способами:

регулированием

углеводородного состава и введением специальных присадок. 1-й способ. В порядке убывания ЦЧ углеводороды располагаются следующим образом: нормальные парафины - изопарафины - нафтены ароматические. ЦЧ можно существенно повысить, увеличивая концентрацию нормальных парафинов и снижая содержание ароматических. 2-й способ более эффективен. Вводят специальные кислородосодержащие присадки - органические перекиси, сложные эфиры азотной кислоты и др. Эти присадки являются сильными окислителями и способствуют зарождению и развитию процесса горения. Пример: добавление 1 % изопропилнитрата повышает ЦЧ на 10...12 единиц. Кроме того, эта присадка улучшает пусковые качества при низкой температуре и снижает нагарообразование. Низкотемпературные свойства. При низких температурах высокоплавкие углеводороды, прежде всего нормальные парафины, кристаллизуются. По мере понижения температуры дизельное топливо проходит через три стадии: вначале мутнеет, затем достигает так называемого предела фильтруемости и, наконец, застывает. Связано это с тем, что сначала в топливе появляются разрозненные кристаллы, которые оседают на фильтрах и ухудшают подачу топлива. При дальнейшем охлаждении теряется подвижность нефтепродуктов вследствие образования из кристаллизующихся углеводородов каркаса. Показатели, характеризующие начало кристаллизации углеводородов в топливе и потерю их подвижности, стандартизованы. Температурой дизтопливо

теряет

помутнения

называют

прозрачность

в

температуру,

результате

при

выпадения

которой

кристаллов

углеводородов и льда. Бесперебойная работа двигателя обеспечивается при температуре помутнения топлива на 5...10 °С ниже температуры воздуха, при которой эксплуатируется автомобиль.

91

Температурой застывания называют температуру, при которой дизельное топливо теряет подвижность, что определяют в стандартном приборе, наклоненном под углом 45° к горизонтали, в течение 1 мин. Дизель работает бесперебойно при температуре застывания топлива на 5...10°С ниже температуры воздуха, при которой эксплуатируется автомобиль. На

нефтеперерабатывающих

температуру

застывания

заводах

понижают

температуру

удалением

избытка

помутнения

и

высокоплавких

углеводородов (депарафинизация). В эксплуатации такого же эффекта добиваются добавлением реактивного топлива. Например, при добавке 25 % топлива Т-1 температура застывания летнего дизельного топлива снижается на 8...12 °С. Низкотемпературные свойства дизельного топлива могут быть улучшены путем добавления присадок-депрессаторов (присадка "А", АзНИИ-ЦИАТИМ-1, полиметакрилат "Д"). Ассортимент дизельных топлив: •ДЛ - дизельное летнее - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже 0 0С; •ДЗ - дизельное зимнее - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже –30 0С; •ДА - дизельное арктическое - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже -50 0С [5]. В 1999 г. Европейским Комитетом по Стандартизации (CEN) принят стандарт "Моторные топлива для двигателей внутреннего сгорания - дизель требования и методы испытаний" prEN 590, регламентирующий требования и методы испытаний, относящиеся к реализуемому на рынках автомобильному дизельному топливу. В соответствии с prEN 590 определены общие нормы для автомобильного дизельного топлива (табл. 12). Кроме этого, дизельные топлива подразделяются на 6 сортов в зависимости от климатических условий 92

применения для умеренного климата и 5 классов для арктического климата (табл. 13). Таблица 12 Общие требования к автомобильному дизельному топливу Единицы Предельное значение измерения Минимум Максимум

Метод испытания

Цетановое число

51

EN ISO 5165

Цетановый индекс

46

Характеристика

-

EN ISO 4264

кг/м3

820

845

EN ISO 3675 EN ISO 12185

% масс.

-

11

IP 391

-

350

EN ISO 14596 EN ISO 8754 EN 24260

С

55

-

EN 22719

Зольность 10% остатка

% масс.

-

0,30

EN ISO 10370

Зольность

% масс.

-

0,01

EN ISO 6245

Содержание воды

мг/кг

-

200

PrEN ISO 12937

Осадок

мг/кг

-

24

EN 12662

Плотность при 15 оС Полициклические ароматические углеводороды Содержание серы Температура вспышки

Коррозия медной пластинки Окислительная стабильность Маслянистость, диаметр пятна износа при 60 оС Вязкость при 40 оС

мг/кг о

Класс 1

EN ISO 2160

г/м3

-

25

EN ISO 12205

мкм

-

460

ISO 12156-1

мм2/с

2,0

4,5

EN ISO 3104

Фракционный состав: перегоняется до 250оС перегоняется до 350оС 95% перегоняется до

PrEN ISO 3405

93

Таблица 13 Климатически зависимые требования и методы испытаний

Свойство Предельная температура фильтруемости, о С Свойство

Умеренный климат Пределы Сорт А

Сорт В

Сорт С

Сорт D

Сорт Е

Сорт F

+5

0

-5

-10

-15

-20

Ед.

Арктический климат Класс Класс Класс Класс 0 1 2 3

Предельная о С, температура -20 макс. фильтруемости о Температура С, -10 помутнения макс. Плотность при 800кг/м3 о 15 С 845 Вязкость при 1,5мм2/с о 40 С 4,0 Цетановое 49 число Цетановый 46 индекс Фракционный состав: перегоняется: %, макс. 10 до 180 оС % мин. 95 до 340 оС

Метод испытания

EN 116

Класс 4

-26

-32

-38

-44

EN 116

-16

-22

-28

-34

EN 23015

800845 1,54,0

800840 1,54,0

800840 1,44,0

800- EN ISO 3675 840 EN ISO 12185 1,2EN ISO 3104 4,0

49

48

47

47

EN ISO 5165

46

46

43

43

EN ISO 4264

10 95

10 95

10 95

10 95

PrEN ISO 3405

3.1.4. Нефтяные газы 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; 94

• 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, бутан. 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 0С) и бутана (+126 0С) 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: •СПБТЗ - смесь пропана и бутана техническая зимняя; •СПБТЛ - ... летняя. В табл. 14 приведен компонентный состав сжиженных нефтяных газов. Таблица 14 Компонентный состав сжиженных нефтяных газов Содержание компонентов (%) СПБТЗ СПБТЛ 4 6 76 34 20 60

Компоненты Метан, этан и этилен Пропан и пропилен Бутан и бутилен 95

В состав СНГ добавляют специальные вещества (одоранты), имеющие сильный запах, так как СНГ не имеет ни цвета, ни 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 0С равноценны; при более низких температурах запуск холодного двигателя затруднен; • показатели динамичности автомобиля ухудшаются на 5...8 %; • повышается

мощность

и

улучшается

топливная

экономичность

двигателей, так как детонационная стойкость СНГ выше (0Ч 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 %) [3].

96

Сжатые газы. Основные компоненты - метан, окись углерода и водород. 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...98 %. Критическая температура метана составляет -82°С, поэтому без охлаждения СПГ перевести в жидкое состояние нельзя. Существует две марки СПГ - А и Б, которые отличаются содержанием метана и азота (табл. 15). Таблица 15 Компонентный состав сжатых природных газов Компоненты Метан Азот

Содержание компонентов (% массовые) Марка А Марка Б 95 90 0...4 4...7

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 пожароопасности они значительно безопаснее бензина. 97

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 ездки на одной заправке не превышает 200...250 км; • грузоподъемность автомобиля снижается на 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 [6]. 3.1.5. Альтернативные топлива Под альтернативным топливом понимают химическое топливо частично или полностью не нефтяного происхождения, характеризующееся целевым производством на основе

нетрадиционных видов сырья. По физико-

химическим свойствам и условиям хранения в транспортных средствах альтернативные топлива можно разделить на три группы: 1. Топлива на нефтяной основе с добавками не нефтяного происхождения (спирты,

эфиры,

растительные

масла),

свойствам близки к нефтяным дистиллятам. 98

которые

по

эксплуатационным

2. Синтетические жидкие топлива, близкие по свойствам к традиционным нефтяным топливам, получаемые при переработке жидкого, газообразного или твердого сырья (тяжелые нефти, природные битумы, уголь, горючие сланцы, продукты прямого синтеза из СО и Н2). 3. Не нефтяные топлива, существенно отличающиеся по физико-химическим и эксплуатационным свойствам от жидких нефтяных топлив (спиртовые топлива: метанол, этанол и их смеси с высшими спиртами; газообразные топлива: природный сжатый и сжиженный газ, сжиженный нефтяной газ, аммиак, водород, генераторный и другие искусственные газы). При использовании топлив первых двух групп возникают незначительные изменения,

а

в

ряде

случаев

сохраняются

технико-эксплуатационные

характеристики автомобилей. Целесообразность применения этих топлив определяется ресурсной базой и технико-эксплуатационными показателями производства топлив. При использовании топлив третьей группы необходимо модифицировать двигатели и создавать специальные бортовые системы хранения топлив. Эффективность

применения

этих

топлив

определяется

технико-

экономическими показателями производства топлив и транспортных средств. Для

сравнения

различных

видов

топлива

по

теплоте

сгорания

используются единицы условного топлива, выраженные в угольном или нефтяном эквиваленте. 1 т условного топлива в угольном эквиваленте (сокращенно - ТУ т. в уг. экв.) соответствует теплоте сгорания 1 т антрацита, равной 7 млн ккал или 27,91*103 МДж. 1 т условного топлива в нефтяном эквиваленте (сокращенно - ТУ т неф. экв.) соответствует теплоте сгорания 1 т углеводородного топлива, равной 10 млн ккал или 41,87*103 МДж. Затраты энергии на производство всех видов альтернативных топлив, за исключением электричества, выше, чем на бензин и нефть (табл. 16). 99

Таблица 16 Эффективность использования альтернативных топлив автотранспортом (в относительных единицах) Затраты энергии на производство* 100 160 125 105 160 170

Вид топлива Бензин из нефти Синтетический бензин из угля Сжиженный природный газ Пропан Метанол Этанол

Стоимость единицы пробега 100 120 85 70-90 150 180

*В затратах энергии учтена добыча, переработка и транспортировка сырья, а также производство и распределение топлива. Синтетические спирты Все большее развитие получает синтез жидкого искусственного топлива, приближающегося по качеству к топливам нефтяного происхождения. Из угля, природного газа, известняка, отходов лесного хозяйства получают метиловый спирт — метанол, а из сахарного тростника, свеклы, зерновых культур вырабатывают

этиловый

спирт

—

этанол.

Выпуск

в

нашей

стране

синтетического спирта метанола достиг в 1998 г. 44 млн т. Наиболее перспективным сырьем для расширения производства метанола являются природный газ, нефтяные остатки и особенно уголь. Для производства 1 т синтетического топлива необходимо большое количество угля — от 3 до 6 т, поэтому оно пока еще дороже бензина в 1,5...2 раза. Метанол и этанол, используемые в качестве топлива для автомобильных двигателей, характеризуются высоким октановым числом, меньшей по сравнению с бензином теплотворной способностью, высокой скрытой теплотой испарения, низкими упругостью паров и температурой кипения. Кроме того, метанол как автомобильное топливо обусловливает рост мощности и КПД 100

двигателя,

снижение

теплонапряженности

деталей

цилиндропоршневой

группы, закоксовывания и нагарообразования. Также при использовании метанола (при том же уровне концентрации оксида углерода, что и при работе двигателя на бензине) наблюдается уменьшение в 1,5...2 раза содержания оксида азота и в 1,3...1,7 раза — углеводородов в отработавших газах. Однако для повседневного использования метанола в качестве автомобильного топлива необходимы конструктивные изменения топливной аппаратуры двигателя и в какой-то мере самого автомобиля. Поэтому в настоящее время метанол лучше использовать в качестве добавки к бензину. Установлено, что добавка 3...5 % метанола обеспечивает экономию 2,5 % бензина при сохранении мощности двигателя, его динамических и экономических показателей, а также уровня токсичности выхлопных газов. При этом допустимо использовать бензин с несколько меньшим октановым числом или заменять этилированный бензин на неэтилированный. Применение бензометанольной смеси (с добавкой 15 % метанола и 7 % стабилизатора — изобутилового спирта) позволяет повысить на 6 % динамические качества автомобиля и на 3... 5 % его мощность, одновременно уменьшить выброс оксида азота на 30—35 % и углеводородов на 20 %, а также получить экономию бензина до 14 %. При использовании бензометанольной смеси М15 устойчивость запуска холодного двигателя обеспечивается при температуре воздуха –26 0С. Предельно допустимая концентрация паров метанола в воздухе рабочей зоны

двигателя

значительно

выше,

чем

при

использовании

таких

антидетонаторов, как ТЭС и ТМС, и составляет 5 мг/м3. В целом, применение метанола как добавки к бензину, улучшающей ряд его эксплуатационных свойств, рассматривается как реальный фактор увеличения ресурсов автомобильного топлива. Реальное улучшение эксплуатационных свойств дизельного топлива при добавлении спирта сопоставимо с улучшением свойств бензина, т.е. низкая 101

температура самовоспламенения (низкое цетановое число) не исключает использования метанола и этанола в качестве добавки к дизельному топливу (при условии конструктивного изменения двигателя) в количестве, не превышающем 15...20 %. Метилтретичнобутиловый эфир В качестве добавки к бензину используют также метилтретичнобутиловый эфир (МТБЭ), получаемый путем синтеза 65 % изобутилена и 35 % метанола в присутствии катализаторов. Добавка МТБЭ к бензину обеспечивает: • получение неэтилированных высокооктановых бензинов; • повышение октанового числа (при добавке 10 % МТБЭ ОЧИ увеличивается на 2,1...5,9 единиц, а при добавке 20 % — на 4,6...12,6 единиц); • облегчение фракционного состава бензина и снижение температуры перегонки 50 % фракции (но при этом возможно образование паровых пробок); • некоторое

улучшение

мощностных

и

экономических

показателей

двигателя; • снижение токсичности отработавших газов примерно на 10 %; • снижение расхода бензина на 4 %, а также снижение необходимого количества ТЭС почти в два раза. Кроме того, при использовании МТБЭ нет необходимости изменять регулировку топливной аппаратуры, так как МТБЭ отличается высокой теплотворной способностью 37700 кДж/кг. Использование МТБЭ в настоящее время одно из самых перспективных направлений

расширения

ресурсов

высокооктановых

неэтилированных

бензинов. Газовые конденсаты Высокие темпы добычи природного газа обеспечивают значительный прирост добычи сопутствующего ему продукта — газового конденсата, 102

который

на

нефтеперерабатывающих

перерабатывается

заводах

совместно

с

нефтью

в моторные топлива. В нашей стране крупнейшие

газоконденсатные месторождения (ГКМ) находятся на Крайнем Севере, в Западной Сибири и Якутии. Содержание

газового

конденсата

по

отдельным

месторождениям

колеблется от 52 до 300 г и выше на 1 м3 добываемого природного газа. В зависимости от компонентного состава природного газа конденсат содержит до 20 % легких углеводородных газов (метана, этана, пропана и бутана). Стабильный газовый конденсат нашел широкое применение как сырье для производства автомобильного бензина, дизельного и реактивного топлива. В среднем выход ароматических углеводородов при каталитическом реформинге фракций газового конденсата на 20... 25 % выше, чем из соответствующих фракций, полученных при переработке нефти. Содержание светлых нефтепродуктов (бензиновых и дизельных фракций) в газовых конденсатах составляет 90... 100 %, в то время как в нефти их не больше 30... 40 %. Газовые конденсаты различных месторождений на 60... 80 % состоят из фракций, выкипающих до 200 °С. Плотность конденсатов колеблется от 0,676 до 0,791 г/см3, их кинематическая вязкость составляет при 20 °С от 0,540 до 2,02 мм2/с, температура застывания изменяется в пределах от — 5 до — 70 °С. На Уренгойском месторождении с 1979 г. действует малогабаритная промышленная

установка

для

переработки

конденсата

с

получением

дизельного топлива. С 1982 г. в городе Дудинка в эксплуатации находится промышленная установка с годовой производительностью по сырью до 50 тыс.т, с помощью которой конденсат разделяется на дизельную и бензиновую товарные фракции.

103

В

настоящее

время

разработаны

малогабаритные

установки

для

переработки конденсата с производительностью по сырью 12, 25 и 50 тыс. т в год. Для эксплуатации автомобилей с карбюраторными двигателями в районах Уренгойского

и

Норильского

месторождений

применяют

бензин,

вырабатываемый прямой перегонкой из газовых конденсатов. В настоящее время из газовых конденсатов в России вырабатываются бензины марок АГ-72 и АГ-76 (ТУ 51-126—83) и летний, и зимний бензины А76 (ТУ 51-03-06—86). По согласованию с потребителем для повышения октанового числа допускается вводить в газоконденсатный бензин в качестве добавки экстралин в количестве 1,5 % (ТУ 6-02-571—81). Получаемая с помощью малогабаритной перерабатывающей установки из газоконденсата вместе с дизельным топливом бензиновая фракция с выходом порядка 50 % на сырье, за исключением октанового числа (68...72 по моторному методу), полностью соответствует требованиям ГОСТ 2084—77. Водород В настоящее время ведутся работы по применению в качестве топлива для автомобилей водорода, а также его смеси с бензином. Водород самый легкий элемент, даже в жидком состоянии он примерно в 14 раз легче воды. Водородовоздушная смесь воспламеняется при содержании водорода от 4 до 74 %. В то же время, из-за низкой теплотворной способности водородовоздушной смеси мощность работающего на ней двигателя на 15...20 % ниже, чем при работе на бензине. При поступлении водорода непосредственно в цилиндр двигателя в такте всасывания или в начале такта сжатия падения мощности можно избежать. Однако в этом случае необходимо значительное изменение конструкции системы подачи питания и самого двигателя.

104

При использовании водорода в качестве добавки к бензиновоздушной смеси не требуется изменения конструкции двигателя. Если же бензин добавлять на режиме холостого хода при малых и средних нагрузках, то обеспечиваются

оптимальные

мощностные

и

динамические

показатели

автомобиля. Причем если обычный расход бензина составляет 12,2 кг на 100 км, то в данном случае oн снизится до 5,5 кг, а расход водорода составит всего 1,8 кг. Следовательно, 6,7 кг бензина заменяются 1,8 кг водорода, т.е. экономится 50...55 % бензина. При этом концентрация оксида углерода в отработавших газах снижается в 13 раз, оксидов азота — в 5 paз, углеводородов — на 30 %. По предложениям ученых, при городском режиме работы ocновным топливом

для

автомобиля

должен

быть

водород,

а

бензин

должен

использоваться как добавка для стабилизации горения воздуха на режиме холостого хода, малых и средних нагрузках. При эксплуатации же автомобиля на трассе (при средних и полных нагрузках) двигатель должен работать на бензине с минимальной добавкой водорода. Использование в качестве топлива для автомобилей бензиноводородных смесей в условиях интенсивного городского движения позволяет экономить топливо

нефтяного

происхождения

и

при

этом

снижать

загрязнение

окружающей среды токсичными продуктами отработавших газов. Следует также иметь в виду, что стоимость водородного топлива не выше, чем стоимость других синтетических топлив. Известно, что жидкий водород занимает в 3,5 раза больший объем, чем эквивалентное по выделяемой энергии количество бензина, что усложняет его хранение и распределение. Необходима также надежная теплоизоляция баков, так как температура жидкого водорода —253 °С. Поэтому в качестве емкостей для транспортирования и хранения водорода приходится использовать криогенные баки с двойными стенками, пространство между которыми заполнено изолирующими материалами. 105

Получают водород электролизом, термической диссоциацией и фотолизом воды, термохимическим способом из гидрида магния с добавкой 5 % никелевого катализатора при нагревании до 257 °С (порошкообразный гидрид магния занимает в 4,6 раза больший объем, чем эквивалентное количество бензина), что довольно сложно. Учитывая, что смесь газообразного водорода с кислородом воздуха в широком диапазоне концентраций образует гремучий газ, который в закрытых емкостях или помещениях горит очень быстро при значительном повышении давления, создавая возможность взрыва и разрушений, необходима полная герметизация топливоподающей системы автомобиля и организация сброса избыточного давления водорода в баке с его последующей нейтрализацией на каталитических дожигателях. Специальная система, исключающая утечки жидких и газообразных фаз топлива, требуется и для заправки автомобиля жидким водородом. Для комбинированного питания двигателя бензиноводородной смесью при невысоком

содержании

водорода

(в

пределах

20

%)

возможно

его

использование в сжатом виде. Включение и отсечка подачи водорода в этом случае не вызывают затруднений и обычно производятся с помощью электромагнитного клапана. В качестве наиболее перспективной формы использования водорода рассматриваются

вторичные

энергоносители,

например

водород,

аккумулированный в составе металлогидридов. В этом случае успешно решается проблема безопасности эксплуатации водородного топлива и обеспечивается возможность создания приемлемого энергозапаса без высоких давлений или криогенных температур. Выделение водорода происходит при подогреве гидридов горячей жидкостью из системы охлаждения или непосредственно отработавшими газами. Для зарядки гидридного аккумулятора через восстановленный металлический компонент пропускается водород под небольшим давлением и 106

одновременно отводится образующееся тепло. Процесс зарядки может повторяться

несколько

тысяч

циклов

без

ухудшения

энергоемкости

аккумулятора. В случае аварии и разрушения наружной оболочки емкости для хранения

часть

водорода

быстро

улетучивается,

вызывая

понижение

температуры гидрида и прекращение выделения водорода. Благодаря этому, гидридный аккумулятор водорода во многих отношениях безопаснее бака с бензином. Объемная энергоемкость лучших гидридов приближается к уровню энергоемкости жидкого водорода, т.е. объем гидридного бака может быть меньше объема криогенного бака для жидкого водорода. Масса же самого гидридного блока примерно на порядок выше массы необходимого жидкого водорода из-за значительной плотности металлического носителя. Тем не менее суммарные

массы

гидридной

и

жидководородной

топливных

систем

соизмеримы вследствие большой массы криогенных баков. Гидридный аккумулятор не требует особого ухода, быстро заряжается, его себестоимость ниже, а срок службы больше, чем у аккумуляторных батарей. Автомобили с гидридными аккумуляторами наиболее целесообразно использовать в городских условиях, где они могут успешно конкурировать с обычными автомобилями и электромобилями [4].

107

4. СМАЗОЧНЫЕ МАСЛА 4.1.

Моторные масла

Моторное масло может длительно и надежно выполнять свои функции, обеспечивая заданный ресурс двигателя, только при точном соответствии его свойств тем термическим, механическим и химическим воздействиям, которым масло подвергается в смазочной системе двигателя и на поверхностях смазываемых и охлаждаемых деталей. Взаимное соответствие конструкции двигателя, условий его эксплуатации и свойств масла – одно из важнейших условий достижения высокой надежности двигателей. Современные моторные масла должны отвечать многим требованиям, главные из которых перечислены ниже: - снижение трения и износа трущихся деталей двигателя за счет создания на их поверхностях прочной масляной пленки; - уплотнение зазоров в сопряжениях, и в первую очередь деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ); - 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). Эксплуатационные требования к моторным маслам: - оптимальная вязкость, определяющая надежную и экономичную работу агрегатов на всех режимах; - хорошая смазывающая способность; - устойчивость к испарению, вспениванию, выпадению присадок; - отсутствие коррозии и коррозионных износов; - малый расход масла при работе двигателя; - большой срок службы масла до замены без ущерба для надежности двигателя; - сохранение качества при хранении и транспортировке. 108

Для выполнения этих требований моторные масла обладают рядом свойств,

к

важнейшими

из

которых

относятся

вязкостные

и

низкотемпературные. Вязкость — свойство масла, связанное с внутренним трением между его слоями. Она уменьшается с ростом температуры масла и наоборот. Диапазон рабочих температур всесезонных моторных масел составляет от -35°С (холодный пуск зимой) до +150°-180°С (температура масла в поддоне картера двигателя летом при его работе с полной нагрузкой), что приводит к изменению вязкости в сотни раз. Если она будет слишком низкой при высоких температурах, прочность масляной пленки между трущимися поверхностями и давление в системе смазки будут недостаточными. Это приведет к увеличению износа

пар

трения.

Чрезмерно

высокая

вязкость

при

отрицательных

температурах может привести к тому, что стартер не прокрутит коленвал, будет невозможен пуск двигателя. Возможно также масляное "голодание" на первых минутах его работы из-за того, что масло не будет прокачиваться по системе смазки [3]. Температура масла в двигателе зависит от температуры окружающего воздуха и конструкции ДВС. Чем теплее на улице, тем больше оно нагрето, несмотря на то, что температура охлаждающей жидкости в двигателе поддерживается в определенных пределах. В связи с вышеперечисленным, масла разбиты на классы по вязкости (см. ниже), для каждого из которых рекомендуются определенные температурные диапазоны применения, несколько различающиеся для разных моделей двигателей. Зимние масла обладают небольшой вязкостью для обеспечения холодного пуска двигателя при низких температурах. Они не обеспечивают надежного смазывания двигателя в летних условиях эксплуатации.

109

Летние масла, благодаря большой вязкости, надежно смазывают двигатель при высоких температурах, но не обеспечивают холодный пуск при температуре окружающего воздуха ниже 0°С. Всесезонные масла при низких температурах обладают вязкостными свойствами зимних, а при высоких — летних масел. Для достижения таких вязкостно-температурных характеристик маловязкие масла загущают специальными присадками, позволяющими им меньше "разжижаться" при высоких и "густеть" при низких температурах. Летние и зимние масла практически вытеснены всесезонными, так как нет необходимости заменять их при наступлении другого сезона. Кроме того, эти масла могут обладать энергосберегающими свойствами. От вязкости зависят режим смазки, отвод тепла от рабочих поверхностей, уплотнение зазоров, энергетические потери в двигателе, быстрота запуска двигателя и т. д. Вязкость моторных масел измеряют в следующих единицах: - кинематическая вязкость ν - 1 мм2/c= сСт (сантистокс); - динамическая вязкость т) - 1 Па-с=10 П (Пуаз); 1 МПа-с=1 сП (сантипуаз). На вязкость моторных масел существенно влияет температура. При ее снижении вязкость резко увеличивается. Так, в интервале температур от 100 до 0 °С вязкость различных масел может возрастать в 300 раз и более (табл. 17). Степень

изменения

вязкости

в

зависимости

от

температуры

характеризуется индексом вязкости (ИВ), определяемым по значениям вязкости масла при 50 и 100 °С. Чем меньше изменение вязкости масла в заданном интервале температур, тем лучше его вязкостно-температурные свойства и тем больше индекс вязкости этого масла. Для летних масел индекс вязкости, как правило, не превышает 90, а для зимних и всесезонных (загущенных) он составляет 95-125 и выше. При определенной температуре масло вообще теряет подвижность. Эта температура называется температурой застывания масла. Для моторных масел температура застывания, как правило, составляет: -15 °С - для летних, —25...—30 С - для зимних, —35...-45 °С - для загущенных. 110

Таблица 17 Классы вязкости моторных масел по ГОСТ 17479.1-85 Класс вязкости 3з 4з 5з 6з 6 8 10 12 14 16 20 24

V при 1000С, мм2/с не не менее более 3,8 4,1 5,6 5,6 7,0 5,6 9,5 7,0 11,5 9,5 13,0 11,5 15,0 13,0 18,0 15,0 23,0 18,0 28,0 21,0

V при +180С, мм2/с 1250 2600 6000 10400 -

V при 1000С, Класс мм2/с вязкости не не менее более 9,5 7,0 3з/8 7,0 5,6 4з/6 9,5 7,0 4з/8 11,5 9,5 4з/10 11,5 9,5 5з/10 13,0 11,5 5з/12 15,0 13,0 5з/14 11,5 9,5 6з/10 15,0 13,0 6з/14 18,0 15,0 6з/16

V при +180С, мм2/с 1250 2600 2600 2600 6000 6000 6000 10400 10400 10400

Вязкостно-температурные свойства, в первую очередь, определяют выбор моторного масла для конкретного типа двигателя и условий его эксплуатации. При предельно высоких рабочих температурах в двигателе вязкость масла должна быть достаточной, чтобы обеспечить надежную смазку и работу узлов трения, низкий износ деталей, эффективное уплотнение сопряжений, малый прорыв картерных газов и расход масла на угар. При отрицательных температурах

масло

должно

иметь

относительно

низкую

вязкость,

обеспечивающую эффективный пуск двигателя, своевременную подачу масла к парам трения и т. д. Однако

для

обычных

(незагущенных)

минеральных

масел

-

это

трудносочетаемые требования. Поэтому масла с вязкостью 6...8 мм2/с при 100 0С применяют в зимний период, а более вязкие (10...14 мм2/с при 100 °С) в летний. В настоящее время находят широкое применение всесезонные моторные масла, для которых при высоких температурах характерны значения вязкости летних образцов, а при отрицательных температурах - зимних. 111

Вид масла зависит от его основы (базового масла), в которую вводятся пакеты присадок для улучшения эксплуатационных свойств. В качестве базовых масел используются минеральные (полученные переработкой нефти), синтетические (полученные путем органического синтеза), а также их смесь. Соответственно моторные масла подразделяются на минеральные (Mineral), синтетические (Fully Synthetic) и частично синтетические (Semi Synthetic) — в обиходе полусинтетические. Минеральные имеют невысокую стоимость при приемлемых

эксплуатационных

качествах,

но

относительно

узкий

температурный диапазон применения. Большую стоимость "синтетики" определяет сложность технологических процессов изготовления, но этот вид масла обладает лучшими свойствами, прежде всего малым изменением вязкости

от

температуры.

Частично

синтетические

масла

являются

компромиссом между названными выше видами, имея лучшие свойства, чем минеральные, при более низкой цене, чем "синтетика". Классификация (обозначение) масел. Для правильного подбора моторного масла по вязкости к конкретному типу двигателя и условиям его эксплуатации следует

руководствоваться

ГОСТ

17479.1-85

"Масла

моторные,

трансмиссионные и жидкости гидравлические. Система обозначений". По этому ГОСТу моторные масла разделяют на различные классы по вязкости (табл. 17) и различают по сезонности применения, т.е. они дифференцируются на зимние (вязкость 6...8 мм2/с при 100 °С), летние (10...20 мм2/с при 100 0С) и всесезонные. Для сезонных (незагущенных) масел нормируются значения вязкости при 100°С. Для всесезонных (загущенных) масел в знаменателе дробного обозначения указывается вязкость при 100 0С, цифра в числителе характеризует предельно допустимую вязкость при -18 0С. При

подборе

установлением

масла

требуемых

для

конкретного

вязкостных

112

типа

показателей

двигателя

наряду

определяют

с

также

необходимый для этого двигателя уровень качества масла, т.е. группу масла по эксплуатационным свойствам [5]. До 1974 г. в нашей стране деление масел по уровню качества не производилось.

Масла

выпускались

с

буквенным

обозначением,

характеризующим область их применения, - А, Д, М и МТ (А - для смазки карбюраторных двигателей, Д - автотракторных и судовых дизелей, М поршневых авиационных двигателей, МТ - транспортных дизелей; особенности технологии получения масел указывались буквами: К - кислотная, С селективная очистка, П - масло с присадками, 3 - загущенное масло). Например, автомобильное масло селективной очистки АС-8, авиационное масло МС-20, загущенные масла с присадками АКЗп-6 и АСЗп-10, масло для транспортных дизелей МТ-16п и т. д. Цифры в обозначении масел характеризовали их вязкость в сСт (мм2/с) при температуре 100 0С [3]. Обеспечение надежной и экономичной работы современных двигателей возможно только при условии применения в них моторных масел с определенными свойствами, отвечающими необходимым требованиям. Моторные масла по ГОСТ 17479.1-85 подразделяются на группы по эксплуатационным свойствам, характеризующие условия работы масла в двигателях конкретного уровня форсирования (табл. 18). Зная уровень форсирования двигателя и условия его эксплуатации по табл. 18,

производят

выбор

моторного

масла

требуемой

группы

качества.

Одновременно, исходя из предполагаемого температурного диапазона работы масла, по табл. 17 устанавливают требуемый класс вязкости. В зависимости от вязкости и эксплуатационных свойств ГОСТ 17479.1-85 устанавливает марки моторных масел (M-8B1, М-6з/12Г1 , М-10Г2 , М-10Д и т.д.), в условном обозначении которых заложены необходимые данные для правильного подбора масел для конкретного типа двигателя.

113

Таблица 18 Группы моторных масел в зависимости от уровня эксплуатационных свойств и области их применения Группа А Б,

Б2 В,

Вз

Рекомендуемая область применения Нефорсированные карбюраторные двигатели и дизели Малофорсированные карбюраторные двигатели, работающие в условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений и коррозии подшипников Малофорсированные дизели Среднефорсированные карбюраторные двигатели, работающие в неблагоприятных условиях, способствующих окислению масла и образованию всех видов отложений Среднефорсированные дизели, предъявляющие повышенные требования к антикоррозионным, противоизносным свойствам масел и их склонности к образованию высокотемпературных отложений

Г1,

Высокофорсированные карбюраторные двигатели, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях, способствующих окислению масла, образованию всех видов отложений, коррозии и ржавлению

Г2

Высокофорсированные дизели без наддува или с умеренным наддувом, работающие в неблагоприятных эксплуатационных условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений Высокофорсированные дизели с наддувом, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях, или когда применяемое топливо требует использования масел с высокой нейтрализующей способностью, антикоррозионными и противоизносными свойствами, малой склонностью к образованию всех видов отложений

Д

Е

Лубрикаторные системы смазки цилиндров дизелей, работающих на топливе с высоким содержанием серы

Например, масло М-8В1: буква "М" обозначает моторное масло, цифра 8 характеризует его вязкость при 100 0С в мм2/c, буква "В" с индексом "1" 114

указывает, что масло по эксплуатационным свойствам относится к группе В и предназначено для среднефорсированных карбюраторных двигателей. Масло М-6з/12Г1: буква "М" ,- моторное масло, цифра 6 свидетельствует, что это масло относится к классу, у которого вязкость при -18 С не должна превышать 10400 мм2/с, индекс "з" обозначает, что масло содержит загущающие (вязкостные) присадки, цифра "12" после знака дроби показывает, что вязкость масла при температуре 100 °С равна 12 мм2/c, а буква "Г" с индексом "1" обозначает принадлежность масла по эксплуатационным свойствам к группе "Г" и указывает на возможность его использования для высокофорсированных карбюраторных двигателей. Индекс "2" при буквенном обозначении группы указывает на то, что масло предназначено для дизелей, например М-8Г2. Отсутствие цифрового индекса у масел группы Б, В, Г свидетельствует об универсальности масел и возможности их применения как в карбюраторных, так и дизельных двигателях (например, масло М-6з/12В). Отнесение

масла

к

соответствующей

группе

свидетельствует

об

определенном уровне его эксплуатационных свойств (антиокислительных, моюще-диспергирующих,

противокоррозионных,

защитных

и

т.д.),

характеризующем качество масел данной группы. Этот уровень в основном зависит от вида и концентрации вводимых присадок. Поэтому переход от масел низших групп (А, Б) к высшим (В, Г), как правило, достигается путем расширения ассортимента и количественного увеличения присадок в маслах. Принадлежность масел к той или иной группе устанавливают на основании

результатов

моторных

испытаний

на

специальных

одноцилиндровых или полноразмерных двигателях. Для масел различных групп установлены нормы на оценочные показатели, предусмотренные методами испытаний на двигателях. Сопоставляя результаты моторных испытаний

масла

с

нормами,

устанавливают

его

соответствующей группе по эксплуатационным свойствам. 115

принадлежность

к

За рубежом подбор масел в зависимости от типа двигателя и условий его эксплуатации

осуществляется

также

на

основании

соответствующих

классификаций. Градацию масел по вязкости производят по классификации SAE (Общество американских инженеров-автомобилистов), а по условиям и областям применения - согласно классификации API (Американский нефтяной институт). По классификации SAE J300DEC99 масла разделяют на зимние (обозначаются буквой W), летние и всесезонные. Классификация SAE J300DEC99 разделяет моторные масла по вязкости на 6 зимних и 5 летних классов. Зимние имеют в обозначении букву W (от англ Winter — зима). Чем больше число, входящее в обозначение класса, тем выше вязкость относящихся к нему масел: Зимние классы: SAE OW, SAE 5W, SAE 10W, SAE 15W, SAE 20W, SAE 25W; Летние классы : SAE 20, SAE 30, SAE 40, SAE 50, SAE 60. Всесезонные масла имеют двойное обозначение, например SAE 10W-30, SAE 15W-40 и т. п. Производители автомобилей дают собственные рекомендации по температурным диапазонам применения различных вязкостных классов масел. Это связано с особенностями конструкции двигателей. Примерное соответствие классов вязкости моторных масел по ГОСТ 17479.1-85 и SAE J300DEC99 показано в табл. 19. Таблица 19 Соответствие классов вязкости моторных масел по ГОСТ 17479.1-85 и SAE J300DEC99 Основная (горячая) вязкость

Дополнительная (холодная) вязкость

ГОСТ 17479.1-85

SAE

ГОСТ 17479.1-85

SAE

6,8 10,12 14,16 20 24

20 30 40 50 60

3з 4з 5з 6

0W 5W 10W 15W 20W 25W

116

Классификация API подразделяет масла на две категории: S -категория "сервис" и С - коммерческая категория. Масла категории S предназначены для бензиновых двигателей. Масла категории С предназначены для дизельных двигателей (рис. 11). В

каждой

категории

масла

в

зависимости

от

условий

работы

подразделяются на классы, также имеющие буквенную маркировку. Поэтому обозначение масел в соответствии с классификацией производится двумя буквами латинского алфавита, указывающими категорию и класс масел, например SE (для карбюраторных двигателей) или CD (для дизелей). Универсальные масла, относящиеся к обеим категориям классификации API, имеют маркировку двух разных категорий, например SE/CD. Классы дизельных масел подразделяются дополнительно для двухтактных (СО-2, CF-2) и четырехтактных дизелей (CF-4, CG-4, СН-4). В настоящее время API сертифицирует моторные масла классов SJ, SL, CF, CF-2, CF-4, CG-4, СН-4. Масла остальных классов по API, отмененных в США, следует использовать, если они допущены производителем автомобилей.

Рис. 11. Классификация API моторных масел

117

Европейская

классификация

АСЕА

(Ассоциация

европейских

производителей автомобилей) предъявляет более жесткие, чем API, требования к маслам. Содержит 15 классов и разделяет масло по трем категориям. А — для бензиновых двигателей легковых автомобилей (А1-98, А2-96, A398 и А4-02); В — для дизелей легковых автомобилей (В1-98, В2-98, B3-98, В4-98 и В502); Е — для дизелей грузовых автомобилей (Е1-96, Е2-96, E3-98, Е4-99, Е5-99 и Е5-02). Последние две цифры указывают год последнего утверждения класса. Класс Е1-96 на данный момент отменен, но также, как указано выше, его следует применять, если имеется допуск автопроизводителя. Разработанная

Международным

комитетом

по

одобрению

и

стандартизации смазочных материалов (ILSAC) классификация совместно с JAMA

(Ассоциация

производителей

автомобилей

Японии)

и

ААМА

(Ассоциация производителей автомобилей Америки). ILSAC содержит три класса GF-1, GF-2, GF-3 для бензиновых двигателей легковых автомобилей. Последний введен недавно, и его свойства во многом совпадают с классом SL по API, но GF-3, как и все масла этой классификации, обязательно является энергосберегающим, а низкотемпературные характеристики у него ограничены классами SAE OW, SAE 5W, SAE 10W. Для

бензиновых

двигателей

легковых

автомобилей

японского

производства лучше всего подходит эта классификация, для американских автомобилей равноценны как масла по ILSAC, так и по API. В классификациях API и АСЕА сформулированы минимальные базовые требования, которые согласованы между производителями масел, присадок к ним и изготовителями автомобилей. За последними оставлено право выдвигать собственные дополнительные требования к маслам, которые формулируются в спецификациях автопроизводителей. 118

Поскольку конструкции двигателей разных марок различаются между собой, условия работы масла в них не совсем подобны. Поэтому изготовители автомобилей

проводят

испытания

масел

на

двигателях

собственного

производства. На основании этого указывают либо определенный класс по какой-либо классификации (например, АСЕА), либо составляют собственные спецификации, в которых обозначены конкретные марки масел, допущенных к применению. В инструкции по эксплуатации автомобиля обязательно присутствуют спецификации, а их номер наносится на упаковку масла, рядом с обозначением его класса эксплуатационных свойств. При выборе моторного масла следует ориентироваться на спецификации (рекомендации) производителя автомобилей, изложенные в инструкции по эксплуатации. Желательно также принимать во внимание следующее: • перечень марок масел, допущенных к применению производителем автомобилей, постоянно изменяется. Получают допуск новые марки, некоторые масла его теряют; • применять масло с более высоким уровнем свойств, чем указанный производителем автомобилей, не всегда целесообразно. Как правило, стоимость такого масла выше и комплекс его свойств несколько иной, что может отразиться на надежности работы элементов системы смазки; • температурный диапазон применения, указанный на упаковке масла, носит лишь рекомендательный характер; • не стоит ориентироваться на цвет масла. Большинство вводимых в него присадок делают его более темным; • замену

масла

необходимо

производить

в

сроки,

установленные

производителем автомобиля. При эксплуатации в городе, по бездорожью и т.д. движение

осуществляется

преимущественно

на

низших

передачах,

соответственно двигатель совершает большее количество оборотов на тысячу километров пробега, чем при движении по трассе. Поэтому в таких условиях 119

эксплуатации менять моторное масло необходимо в 1,5-2 раза чаще, чем указано в инструкции (для автомобилей ВАЗ в городских условиях период замены — 5-7 тыс. км); • для автомобилей со значительным пробегом замену масла производить чаще, так как условия его работы в изношенных двигателях более жесткие (прорыв раскаленных газов в картер из-за увеличенных зазоров между поршнями и цилиндрами и т.д.); • смену масляного фильтра проводят вместе с заменой масла. При использовании топлива сомнительного качества и большом пробеге по запыленной местности желательно заменять его чаще, чем масло (в разумных пределах). Большое количество продуктов неполного сгорания топлива и пыли из воздуха может вывести фильтр из строя раньше времени; • быстрое (через 1 -2 тыс. км пробега) изменение цвета масла в двигателе не обязательно указывает на потерю его эксплуатационных свойств. Этот эффект, как правило, связан с тем, что качественное моторное масло смывает различные отложения в двигателе (нагар, лакообразные отложения и т.п.) и накапливает в себе продукты неполного сгорания топлива; • нежелательно смешивать минеральное и синтетические масла, а также доливать минеральное в частично синтетическое из-за разной растворимости присадок в минеральной и синтетической основах. Результатом смешивания может быть выпадение присадок в нерастворимый осадок. Поэтому такой "долив" допустим только в крайних случаях, например чтобы доехать до гаража или автосервиса, где смесь, находящуюся в двигателе, необходимо сразу заменить на подходящее масло; • доливать следует тот же сорт масла, который залит в двигатель. Масла разных производителей содержат различные пакеты присадок, которые могут быть несовместимы; • если в процессе эксплуатации масло заменялось своевременно и имело соответствующее качество, промывку двигателя проводить не надо; 120

• если неизвестно, какое масло заливал прежний владелец автомобиля, перед

заменой

необходимо

промыть

систему

смазки

специально

предназначенным для этого промывочным маслом. В противном случае свежее высококачественное масло может смыть большое количество отложений, что приведет к быстрому засорению фильтра системы смазки; • добавление в моторное масло различных препаратов может улучшить одни его свойства и резко ухудшить другие, что неблагоприятно скажется на состоянии двигателя. Это связано с тем, что в качественном масле пакет присадок точно сбалансирован, а добавление в него какого-либо препарата, как правило, нарушает этот баланс; • в непрогретом до рабочей температуры масле присадки не успевают нейтрализовать кислоты, образующиеся из продуктов неполного сгорания топлива, что вызывает усиленный коррозионный износ поршней, их колец и цилиндров. Под нагрузкой (при движении автомобиля) двигатель прогревается быстрее. Поэтому в холодное время его прогрев "на месте" следует производить не более 3-5 мин. Синтетические моторные масла. Одним из путей удовлетворения все возрастающих требований к качеству моторных масел является разработка и применение

синтетических

моторных

масел.

Синтетические

масла

представляют собой индивидуальные соединения или смеси нескольких соединений близкой химической структуры (поли-ос-олефины и др.). Синтетические масла имеют высокий индекс вязкости (150...170). Температура потери подвижности синтетических масел ниже (до —65 °С), чем у

минеральных.

температурах

при

Следовательно, применении

пуск

двигателей

синтетических

при

масел

отрицательных легче,

чем

на

минеральных, и возможен при более низких температурах воздуха. Вязкость синтетических масел при температурах 250...300 °С выше (до 2...3 раз), чем у равновязких им при 100 °С минеральных. Они имеют лучшую термическую стабильность, низкую испаряемость и малую склонность к 121

образованию высокотемпературных отложений. Поэтому синтетические масла могут с успехом применяться в высокофорсированных теплонапряженных двигателях. Синтетические антиокислительным стабильности,

масла,

как

правило,

свойствам,

обладают

равными

превосходят

диспергирующей или

лучшими

минеральные и

по

механической

противоизносными

и

противозадирными свойствами. В связи с этим синтетические масла имеют срок службы более 20 тыс. км пробега автомобиля, а отдельные образцы служат 80... 100 тыс. км без смены. Расход синтетических масел на угар на 30...40 % ниже, чем минеральных. За счет лучших вязкостно-температурных характеристик во всем интервале встречающихся в практике температур расход топлива при использовании синтетических масел снижается на 4...5 %. Стоимость синтетических масел в 2...3 раза выше, чем минеральных. Однако высокие эксплуатационные свойства, большой срок службы в двигателях до замены, низкий расход на угар и вследствие этого меньший общий расход масла делают применение их целесообразным. Несмотря на это, в настоящее время минеральные масла остаются основными моторными маслами. В общем объеме моторных масел 75 % минеральные масла. Снижение производства минеральных моторных масел на ближайшие годы фирмами не планируется [5]. 4.2.

Трансмиссионные масла

К трансмиссионным относятся масла, применяемые для смазки зубчатых передач агрегатов трансмиссии, а также в гидротрансмиссиях. В современных автомобилях применяют зубчатые передачи различных типов. Особенно широко распространены винтовые (гипоидные) передачи. Их преимущество перед передачами с прямыми зубьями состоит в большей прочности зубьев шестерен при равных габаритах, плавной и бесшумной работе. Но к маслам для винтовых шестерен предъявляют более высокие 122

требования, чем к маслам для шестерен с прямыми зубьями, поскольку скорости скольжения в таких передачах больше. В агрегатах трансмиссии трансмиссионные масла выполняют следующие функции: • снижают износ деталей; • уменьшают потери энергии на трение; • увеличивают теплоотвод от трущихся поверхностей; • снижают вибрацию и шум шестерен, а также защищают их от ударных нагрузок; • защищают детали механизмов от коррозии; • масла для гидромеханических передач, кроме того, выполняют функцию рабочего тела в гидротурбине, передающей мощность. Важнейшие свойства ТМ: • вязкостно-температурные; • противоизносные, противозадирные, противопиттинговые; • термическая и термоокислительная стабильность; • стойкость к образованию эмульсий с водой; • минимальное воздействие на резинотехнические изделия, лаки, краски и пластмассы; • химическая и физическая стабильность при транспортировании. В зависимости от конструктивных особенностей

хранении и

и

назначения

шестеренчатых передач к маслам могут предъявляться специфические требования. Так, масла для ведущих мостов с фрикционной блокировкой дифференциала должны обладать хорошими фрикционными свойствами, масла для трансмиссии автомобилей с периодической эксплуатацией - хорошими защитными свойствами и т. д. Условия,

в

которых

работает

масло,

определяются

следующими

факторами: температурным режимом, частотой вращения шестерен (скорость 123

относительного

скольжения

трущихся

поверхностей

зубьев),

удельным

давлением в зоне контакта. Рабочая температура масла в агрегатах трансмиссии меняется в широких пределах - от температуры окружающего воздуха в начале работы до 1300С, и даже 150 0С в процессе работы. В температурном режиме работы зубчатых передач различают три наиболее характерные температуры: минимальную - в момент начала работы передачи, равную наиболее низкой температуре окружающего воздуха; максимальную

-

соответствующую

экстремальным

условиям

работы;

среднеэксплуатационную - наиболее вероятную во время эксплуатации. Минимальная температура масла в агрегатах трансмиссии автомобилей в холодной климатической зоне может достигать —60 0С. Максимальная и среднеэксплуатационная температуры масла зависят от температуры воздуха, условий

эксплуатации,

вязкости

масла

и

от

других

факторов.

Среднеэксплуатационная температура в агрегатах трансмиссии автомобилей обычно составляет 60...90 °С. Фактическая температура масла в зоне контакта зубьев шестерен на 150...200 0С выше температуры масла в объеме. Заметное влияние на температуру оказывает скорость скольжения на поверхности зубьев в зоне их контакта. Скорости скольжения в цилиндрических и конических передачах составляют на входе в зацепление 1.5...3 м/с; в некоторых агрегатах они достигают 9...12 м/с; для гипоидных передач скорости скольжения составляют 15 м/с и более. В цилиндрических и конических передачах удельные нагрузки в полюсе зацепления составляют обычно 0,5...1,5 ГПа, достигая в некоторых случаях 2 ГПа. В гипоидных передачах они в два раза выше. Под действием таких нагрузок условия для гидродинамической смазки ухудшаются [2]. Трансмиссионные масла представляют собой сложную коллоидную систему, включающую две группы компонентов: первая - основа масла, вторая - функциональные присадки для улучшения эксплуатационных свойств масел. 124

К числу перспективных следует отнести синтетические масла, которые характеризуются очень пологой вязкостно-температурной кривой. Классификация и ассортимент. В агрегатах трансмиссии автомобилей применяется широкий ассортимент масел. Согласно ГОСТ 17479.2-85 "Масла моторные,

трансмиссионные

и

жидкости

гидравлические.

Система

обозначений" масла классифицированы по классам и группам в зависимости от них вязкости и эксплуатационных свойств (табл. 20 и 21). Таблица 20 Классы вязкости трансмиссионных масел

Класс вязкости 9

Кинематическая вязкость Максимальная температура, при 1000С, при которой вязкости < 150Па2 мм /c с, °С 7,0…10,9 -45

12

11,0…13,9

-35

18

14,0…24,9

-18

34

25,0…41,0

0

С учетом деления на классы и группы трансмиссионные масла имеют условные обозначения. Например, обозначение ТМ5-12 расшифровывается следующим образом: «ТМ» - трансмиссионное масло, цифра «5» - группа по эксплуатационным свойствам, цифра «12» - класс вязкости. Представителями группы ТМ-1 являются нигролы зимний и летний, применявшиеся в старых моделях автомобилей. Нигролы - это неочищенные остатки от прямой перегонки нефти, характеризуются неудовлетворительными противоизносными, антиокислительными и низкотемпературными свойствами. На современных автомобилях не применяются. К этой же группе могут быть отнесены базовые масла (ТБ-20, ТС-14,5), служащие основой для изготовления автомобильных трансмиссионных масел.

125

Таблица 21 Классификация трансмиссионных масел по эксплуатационным свойствам Группа

Состав

Рекомендуемая область применения Прямозубые, спирально-конические и червячные передачи, работающие при контактных напряжениях до 600 МПа и температуре в объеме до 90 °С Прямозубые, спирально-конические и червячные передачи, работающие при контактных напряжениях до 1200 МПа и температуре в объеме до 90 °С

ТМ-1

Минеральные масла без присадок

ТМ-2

Минеральные масла с противоизносными присадками

ТМ-3

Минеральные масла с противозадирными присадками умеренной эффективности

Прямозубые, спирально-конические и червячные передачи, работающие при контактных напряжениях до 2000 МПа и температуре в объеме до 90 °С

ТМ-4

Минеральные масла с противозадирными присадками высокой эффективности

Прямозубые, спирально-конические и червячные передачи, работающие при контактных напряжениях свыше 2000 МПа. Гипоидные передачи, работающие при высокой скорости и низком крутящем моменте или низкой скорости и высоком крутящем моменте с объемной температурой до 130 °С

ТМ-5

Минеральные масла с противозадирными присадками высокой эффективности полифункционального действия

Гипоидные передачи, работающие при высокой скорости, ударных нагрузках, высоком крутящем моменте и объемной температуре 130 °С и выше

К группе ТМ-2 относится масло для коробок передач и рулевого управления - ТС, класс 18. Это масло имеет низкие эксплуатационные свойства, 126

применяется в ограниченных масштабах только на старых моделях легковых автомобилей. В группу ТМ-3 входят масла Теп-10, ТАп-15В, ТСп-15К. ТСп-10 применяют для смазывания тяжело нагруженных цилиндрических, конических и спирально-конических передач грузовых автомобилей. Служит в качестве зимнего для умеренной климатической зоны и всесезонного для северных районов страны. ТАп-15В служит для смазывания тяжело нагруженных цилиндрических, конических и спирально-конических передач грузовых автомобилей. ТСп-15К

имеет

улучшенные

по

сравнению

с

маслом

ТАп-15В

противоизносные, антиокислительные и низкотемпературные свойства. Служит в качестве всесезонного для умеренной климатической зоны. Предназначено для тяжело нагруженных цилиндрических и спирально-конических передач, в том числе большегрузных автомобилей КамАЗ, КрАЗ, УралАЗ. К группе ТМ-4 относятся масла Тсп-11гип, Тсз-9гип, Тсгип. ТСп-14гип (класс 18) применяется для гипоидных передач грузовых автомобилей всесезонно в умеренной и жаркой климатических зонах. Обладает высокими противозадирными, но недостаточными антиокислительными и антикоррозионными свойствами. Показатели масла резко ухудшаются при попадании в него воды; в этом случае масло следует немедленно заменить. ТСз-9гип трансмиссии

(класс

9)

предназначено

грузовых автомобилей

для

применения

в районах

Крайнего

в

агрегатах

Севера

при

температуре воздуха до -50...-55 0С. Ввиду малой вязкости и ухудшения противоизносных свойств при высокой температуре, это масло применяется только в зимний период. ТСгип предназначено для гипоидных передач старых моделей легковых автомобилей. Ввиду недостаточных низкотемпературных, противоизносных и антиокислительных

свойств,

для

новых

рекомендуется. 127

моделей

автомобилей

не

В группу ТМ-5 входят масла ТАД-17И и ТМ5-12рк. ТАД-17И (класс 18) получают смешением остаточного и дистиллятного масел с введением многофункциональной и депрессорной присадок. Масло обладает высокими эксплуатационными свойствами, является универсальным и может применяться в тяжело нагруженных цилиндрических, спиральноконических и гипоидных передачах грузовых и легковых автомобилей в умеренной и жаркой климатических зонах. ТМ5-12рк (класс 12) получают из низко застывающего масла селективной очистки,

загущенного

полимерной

присадкой,

с

введением

многофункциональной присадки. Масло относится к числу универсальных для эксплуатации

и консервации

цилиндрических, спирально-конических

и

гипоидных передач грузовых автомобилей. Предназначено для применения в качестве всесезонного, в первую очередь для эксплуатации в северных районах. Основным сортом, применяемым для автомобильных гидромеханических коробок передач, является масло марки А (ТУ 38.101179-79). Оно имеет температуру застывания –40 С, его применяют всесезонно в умеренной климатической зоне. Для автомобилей, эксплуатирующихся в северных районах страны, разработано масло МГТ (ТУ 38-401-494-84), которое по эксплуатационным свойствам соответствует маслу марки А, но имеет лучшие низкотемпературные показатели - работоспособно до —50 °С. В гидрообъемных передачах автомобилей, в частности в гидроусилителях рулей, используют масло марки Р. Его применяют в качестве всесезонного в умеренной климатической зоне [5]. Из масел зарубежного производства в автоматических коробках передач используются только минеральные масла серии ATF, обычно марки "Дексрон" (Dexron) с различными числовыми индексами. Все они красного цвета и допускают смешение в различных пропорциях. Их ресурс до замены составляет 50...70 тыс. км. В последнее время используют масла желтого и зеленого

128

цветов.

Смешивать

их

с

дексроном

недопустимо.

Рекомендации

по

применению трансмиссионных масел приведены в табл. 22. Таблица 22 Рекомендации по применению трансмиссионных масел

Масло

ТСгип ТАД-17И

ТАп-15В

ТСп-15К

ТСп-14гип

ТСп-10

ТСз-9гип

Тип передачи

Срок смены масла, тыс. км

Ведущие мосты старых моделей 24...30 легковых автомобилей Коробки передач и ведущие мосты 60...80 легковых и грузовых автомобилей Коробки передач грузовых автомобилей с карбюраторными двигателями; ведущие мосты с 24...72 негипоидными передачами легковых и грузовых автомобилей Коробки передач, ведущие мосты грузовых автомобилей с 36...72 негипоидными передачами Ведущие мосты грузовых автомобилей с гипоидными 36 передачами Коробки передач грузовых автомобилей с карбюраторными двигателями; ведущие мосты 35...50 грузовых автомобилей с негипоидными передачами Коробки передач и ведущие мосты Зимний автомобилей при эксплуатации на период Севере

Коробки передач и ведущие мосты ТМ5-12рк грузовых автомобилей

50

Минимальная температура применения, °С -20 -30

-25

-30

-30

-45

-50 -50

За рубежом для маркировки трансмиссионных масел используют классификации SAE и API. 129

По классификации SAE масла подразделяются на летние (например, SAE140), зимние (75W) и всесезонные (75W90). Соответствие классов вязкости по ГОСТу и SAE приведено в табл. 23. Таблица 23 Примерное соответствие классов вязкости трансмиссионных масел по ГОСТу и SAE Класс вязкости масел по SAE

Вязкость при 99 °С,мм2с

75W 80 W 85 W 90 140

Соответствие классу вязкости по ГОСТу

4.2 7 11 14

не менее 1 25

не более 9 18

25

43

34

По классификации API трансмиссионные масла подразделяются по уровню противоизносных и противозадирных свойств: GL-1 - применяются в зубчатых зацеплениях при невысоких давлениях и скоростях скольжения (не содержат присадок); GL-2 - содержат притивоизносные присадки; GL-3 - содержат противозадирные присадки, могут быть использованы для спирально-конических передач, в том числе гипоидных. Всего 5 классов, которые соответствуют группам, обозначенным по ГОСТ ТМ1,-2,-3,-4,-5 [5]. 4.3. Пластичные смазки Пластичные смазки используют для уменьшения трения и износа узлов, в которых создавать принудительную циркуляцию масла нецелесообразно или невозможно. Легко проникая в зону контакта трущихся деталей, смазки удерживаются на трущихся поверхностях, не стекая с них, как это происходит с маслом. Смазки применяются также в качестве защитных или уплотнительных материалов. 130

Достоинства и недостатки смазок К достоинствам следует отнести способность удерживаться, не вытекать и не выдавливаться из негерметизированных узлов трения, более широкий, чем у масел, температурный диапазон применения. Перечисленные достоинства позволяют упростить конструкцию узлов трения, следовательно, уменьшить их металлоемкость

и

стоимость.

Некоторые

смазки

обладают

хорошей

герметизирующей способностью и хорошими консервационными свойствами. Основными

недостатками

являются

удерживание

продуктов

механического и коррозионного износа, которые увеличивают скорость разрушения трущихся поверхностей, и плохой отвод тепла от смазываемых деталей. Состав пластичных смазок. Масло является основой смазки, и на него приходится 70-90 % от ее массы. Свойства масла определяют основные свойства смазки. Загуститель создает пространственный каркас смазки. Упрощенно его можно сравнить с поролоном, удерживающим своими ячейками масло. Загуститель составляет 8-20 % от массы смазки. Добавки необходимы для улучшения эксплуатационных свойств. К ним относятся: • присадки — преимущественно те же, что используются в товарных маслах (моторных, трансмиссионных и т. п.). Представляют собой маслорастворимые поверхностно-активные вещества и составляют 0,1-5 % от массы смазки; • наполнители — улучшают антифрикционные и герметизирующие свойства. Представляют собой твердые вещества, как правило, неорганического происхождения, нерастворимые в масле (дисульфид молибдена, графит, слюда и др.), составляют 1-20 % от массы смазки; • модификаторы структуры — способствуют формированию более прочной и эластичной структуры смазки. Представляют собой поверхностно-активные вещества (кислоты, спирты и др.), составляют 0,1— 1 % от массы смазки. Основные показатели качества смазок 131

Пенетрация (проникновение) — характеризует консистенцию (густоту) смазки по глубине погружения в нее конуса стандартных размеров и массы. Пенетрация измеряется при различных температурах и численно равна количеству миллиметров погружения конуса, умноженному на 10. Температура каплепадения — температура падения первой капли смазки, нагреваемой

в

специальном

измерительном

приборе.

Практически

характеризует температуру плавления загустителя, разрушения структуры смазки и ее вытекания из смазываемых узлов (определяет верхний температурный предел работоспособности не для всех смазок). Предел прочности при сдвиге — минимальная нагрузка, при которой происходит необратимое разрушение каркаса смазки и она ведет себя, как жидкость. Водостойкость — применительно к пластичным смазкам обозначает несколько свойств: устойчивость к растворению в воде, способность поглощать влагу, проницаемость смазочного слоя для паров влаги, смываемость водой со смазываемых поверхностей. Механическая стабильность — характеризует тиксотропные свойства, т.е. способность смазок практически мгновенно восстанавливать свою структуру (каркас) после выхода из зоны непосредственного контакта трущихся деталей. Благодаря этому уникальному свойству, смазка легко удерживается в негерметизированных узлах трения. Термическая стабильность — способность смазки сохранять свои свойства при воздействии повышенных температур. Коллоидная стабильность — характеризует выделение масла из смазки в процессе механического и температурного воздействия при хранении, транспортировке и применении. Химическая стабильность — характеризует в основном устойчивость смазок к окислению.

132

Испаряемость — оценивает количество масла, испарившегося из смазки за определенный промежуток времени, при ее нагреве до максимальной температуры применения. Коррозионная активность — способность компонентов смазки вызывать коррозию металла узлов трения. Защитные

свойства

—

способность

смазок

защищать

трущиеся

поверхности металлов от воздействия коррозионно-активной внешней среды (вода, растворы солей и др.). Вязкость — определяется величинами потерь на внутреннее трение в смазке. Фактически определяет пусковые характеристики механизмов, легкость подачи и заправки в узлы трения. Пластичные смазки по консистенции занимают промежуточное положение между маслами и твердыми смазочными материалами (графитами). Несмотря на отсутствие в качестве критериев разбивки на классы других характеристик смазок, эта классификация признана основополагающей во всех странах. Некоторые производители указывают в документации не только класс смазки, но и уровень пенетрации. Пластичные смазки (ПС) - это густые мазеобразные продукты. Имеют два основных компонента - масляную основу (дисперсионная среда) и твердый загуститель

(дисперсная

среда).

Для

улучшения

консервационных,

противоизносных свойств, химической стабильности, термостойкости в смазки вводят присадки в количестве 0,001...5 %. Следует отметить, что не все ниже перечисленные классификации являются общепринятыми для отечественных и зарубежных производителей. В классификационном обозначении указывают: •тип загустителя; •рекомендуемый температурный диапазон применения; •дисперсионную среду; •консистенцию. 133

Загуститель обозначается первыми двумя буквами входящего в состав мыла металла: "Ка" - кальциевое; "На" - натриевое; "Ли" - литиевое. Рекомендуемый температурный диапазон применения указывают дробью: в числителе - уменьшенная в 10 раз минимальная температура без знака минус, в знаменателе - уменьшенная в 10 раз максимальная температура. Тип дисперсионной среды и присутствие твердых добавок обозначают строчными

буквами:

"у"

-

синтетические

углеводороды,

"к"

-

кремнийорганические жидкости, "г" - добавки графита, "д" - добавка дисульфита молибдена. Смазки на нефтяной основе индекса не имеют. Классификация по типу масла (основы): - на нефтяных маслах (полученных переработкой нефти); - на синтетических маслах (искусственно синтезированных); - на растительных маслах; - на

смеси

вышеперечисленных

масел

(в

основном

нефтяных

и

синтетических). Классификация по природе загустителя. - Мыльные — это смазки, для производства которых в качестве загустителя применяют мыла (соли высших карбоновых кислот). В свою очередь, их подразделяют на натриевые (созданы в 1872 г.), кальциевые и алюминиевые (созданы в 1882 г.), литиевые (созданы в 1942 г.), комплексные (например, комплексные кальциевые, комплексные литиевые) и др. На мыльные приходится более 80 % всего производства смазок. - Углеводородные — смазки, для производства которых в качестве загустителя используются парафины, церезины, петролатумы и др. - Неорганические — смазки, для производства которых в качестве загустителя используются силикагели, бентониты и др. - Органические — смазки, для производства которых в качестве загустителя используются сажа, полимочевина, полимеры и др.

134

Классификация по области применения в соответствии с ГОСТ 23258-78 делит смазки на следующие группы. Антифрикционные — снижают силу трения и износ различных трущихся поверхностей. Консервационные

—

предотвращают

коррозию

металлических

поверхностей механизмов при их хранении и эксплуатации. Консервационные предназначены для предотвращения коррозии металлических поверхностей при хранении и эксплуатации, обозначаются индексом "З". Уплотнительные — герметизируют и предотвращают износ резьбовых соединений и запорной арматуры (вентили, задвижки, краны). Уплотнительные делятся на три группы: А - арматурные; Р -резьбовые; В - вакуумные. Канатные — предотвращают износ и коррозию стальных канатов. Канатные смазки обозначаются индексом "К". В свою очередь, антифрикционная группа делится на подгруппы: С общего назначения для температур до 70 °С, О - для повышенной температуры (до 110 °С), М - многоцелевые (-30...130 °С); Ж - термостойкие (150 "С и выше), Н - морозостойкие (ниже -40

0

С); И - противозадирные и

противоизносные; П - приборные; Д - приработочные; Х - химически стойкие. Пример. ПС Литол-24 (товарная марка) имеет следующее классификационное обозначение

МЛи4/13-3:

"М"

-

многоцелевая

антифрикционная,

работоспособна в условиях повышенной влажности; "Ли" - загущена литиевыми мылами; "4/13" - работоспособна в интервале температур от -40 до 130 "С, отсутствие индекса дисперсионной среды -приготовлена на нефтяном масле; "3" - условная характеристика густоты смазки. Кальциевые смазки (солидолы) - антифрикционные пластические смазки. Они нерастворимы в воде, поэтому в условиях высокой влажности и при контакте с водой хорошо защищают металлические детали от коррозии. Недостаток - работоспособны при температурах до 60 0С.

135

Солидолы синтетические (солидол С) - применяются в подшипниках качения и скольжения, в шарнирах, винтовых и цепных передачах. Их недостатки - низкая механическая стабильность, работоспособность при температурах до 50 °С. Применение В шарнирах рулевого управления, шкворнях поворотных кулаков, для пальцев рессор, оси педалей сцепления и тормоза, рычагов коробки передач, раздаточной коробки, валов разжимных кулаков тормозов, в механизмах лебедки, буксирных и седельных механизмах, шлицах и подшипниках карданных шарниров используются Литол-24, солидол С, пресс-солидол С. Для карданных шарниров равных угловых скоростей используется AM карданная, Униол-1. Подшипники ступиц колес, промежуточная опора карданного вала, выжимной подшипник сцепления, подшипники водяного насоса, передний подшипник первичного вала коробки передач, вал привода распределителя зажигания смазываются Литолом-24, ПС 1-13. В подшипниках генератора, стартера, электродвигателей стеклоочистителя и отопителя используются Литол-24, N 158. Шарниры привода стеклоочистителя, петли дверей смазываются Литолом24, солидолом С. Для рессор используется графитная смазка УСсА. Клеммы аккумулятора смазываются Литолом-24, солидолом С, ВТВ-1, пушечной смазкой. Для гибкого вала спидометра используются ЦИАТИМ-201, моторное масло. Тросы стояночного тормоза и замка капота смазываются Литолом-24, ЦИАТИМ-201 [5]. Узлы трения и применяемые в них смазки представлены в табл. 24.

136

Таблица 24 Узлы трения и применяемые в них смазки Узел трения

Наименование смазки

Регулируемые подшипники ступицы, нерегулируемые подшипники полуоси Подшипники промежуточной опоры карданного вала Подшипники генератора, стартера и других электродвигателей, оси октан-корректора распределителя зажигания Игольчатые подшипники карданных шарниров Шарниры равных угловых скоростей Шарниры подвески и рулевого управления, имеющие пресс масленки Герметизированные разборные шарниры подвески Герметизированные шарниры рулевого управления Герметизированные неразборные шарниры подвески Шлицевые соединения Оси, валики, подшипники скольжения, петли, тросы в оболочках Гибкий вал спидометра Переключатель указателей поворота Шарниры и оси привода педалей газа, выключения сцепления Шарниры подвески и рулевого управления легковых автомобилей ГАЗ Рессоры Монтаж деталей, работающих в контакте резина - металл Стеклоподъемники, замки, стопорные механизмы дверей

137

Литол-24, ЛСЦ-15, Зимол, Лита Литол-24, ЛСЦ-15 Фиол-2М*, Литол-24, Зимол, №158, ЦИАТИМ-201 Фиол-2У*, ШРУС-4, № 158 ШРУС-4 ШРБ-4, ШРУС-4, Литол-24 ШРБ-4* ЛСЦ-15* ШРБ-4* ЛСЦ-15*, Литол-24 ЛСЦ-15*, Литол-24, ЦИАТИМ-201 ЦИАТИМ-201 КСБ* ЛСЦ-15* ВНИИ НП-242*, ФИОЛ-2У* Графитная, Лимол, ВНИИ НП232 ДТ-1 ЛСЦ-15*

5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЖИДКОСТИ 5.1. Амортизаторные жидкости В легковых автомобилях нашли широкое применение амортизаторы (виброизоляторы)

телескопического

типа,

а

в

последнее

время

-

телескопические стойки, предназначенные для гашения колебаний кузова на упругих элементах подвески. Установка амортизаторов делает ход автомобиля плавным даже при движении по бездорожью. Рабочим телом в гидравлических амортизаторах служат маловязкие жидкости, обычно на нефтяной основе. Амортизаторные жидкости представляют собой маловязкую нефтяную основу, содержащую, как правило, вязкостную, депрессорную, антиокислительную, противоизносную, диспергирующую и антипенную присадки. Требования к амортизаторным жидкостям многообразны. Основным показателем является вязкость. Большинство рабочих жидкостей, применяемых в телескопических амортизаторах, характеризуются следующими значениями вязкости: при 20 °С - 30...60; при 50 °С - 10...16; при 100 °С-3,5…6,0 мм2/с. Высокие

требования

предъявляются

к

вязкости

амортизаторных

жидкостей при отрицательных температурах. Так, при -20 °С вязкость не должна превышать 800 мм2/с. Желательно, чтобы во всем интервале встречающихся

на

практике

отрицательных

температур

вязкость

амортизаторной жидкости не превышала 2000 мм2/с. При более высокой вязкости работа амортизаторов резко ухудшается и происходит блокировка подвески. С этим часто встречаются на практике, так как уже при -30 °С вязкость товарных амортизаторных жидкостей превышает 2000 мм2/с и при -40 °С достигает 5000...10000 мм2/с. Обеспечить требуемую вязкость (при температурах ниже -30 °С) могут амортизаторные жидкости на синтетической основе. Рабочая

амортизаторная

жидкость

теплоемкостью и теплопроводностью. 138

должна

обладать

определенной

Важное значение имеют смазывающие свойства жидкостей, которые определяются обычно при испытании на машинах трения или при испытании самих амортизаторов на стенде. Амортизаторные жидкости не должны быть склонны к пенообразованию, так как это снижает энергоемкость амортизатора и нарушает условия смазки трущихся пар. Важными характеристиками амортизационных жидкостей являются такие, как стабильность против окисления, механическая стабильность, испаряемость и совместимость с конструкционными материалами, особенно резиновыми уплотнениями. В их состав, как правило, вводят различные добавки, улучшающие свойства жидкости. Это высокомолекулярные присадки для улучшения вязкостно-температурных характеристик, антиокислительные и противопенные присадки, а также присадки для улучшения смазывающих свойств. Обслуживание (замена рабочей жидкости) и ремонт амортизаторов требуют

специального

технологического

оборудования

и

должны

производиться на станциях технического обслуживания автомобилей. Выпускают несколько марок амортизаторных жидкостей: АЖ-12Т, ГРЖ12 и МГП-12 (под торговой маркой «Славол-АЖ»). Амортизаторная жидкость АЖ-12Т – смесь нефтяного масла глубокой селективной очистки из сернистого сырья и полиэтилсилоксановой жидкости с противоизносной и антиокислительной присадками. Применяют в качестве рабочей жидкости в амортизаторах грузовых автомобилей и специальной техники. Амортизаторная жидкость МГП-12 («Славол-АЖ») разработана взамен жидкости МГП-10. Это маловязкая низкозастывающая нефтяная основа, в которую

введены

депрессорная,

диспергирующая,

противоизносная,

антиокислительная и антипенная присадки. Применяют в качестве рабочей

139

жидкости в телескопических стойках и амортизаторах грузовых и легковых автомобилей. Амортизаторная

жидкость

ГРЖ-12

–

смесь

очищенных

трансформаторного и веретенного дистиллятов с добавлением депрессорной, антиокислительной, противоизносной и антипенной присадок. Применяют в амортизаторах и телескопических стойках автомобильной техники [3]. Зарубежными аналогами отечественных амортизаторных жидкостей могут быть следующие жидкости: фирмы Shell - Aeroshell Fluid 1, фирмы ВР - ВР Aero Hydraulic 2, Esso - Aviation Utility Oil, DEF2901A [5]. 5.2. Тормозные жидкости Тормозные жидкости служат для передачи энергии к исполнительным механизмам в гидроприводе тормозной системы автомобиля. Рабочее давление в гидроприводе тормозов достигает 10 МПа и более. Развиваемое давление передается на поршни колесных цилиндров, которые прижимают тормозные накладки к тормозным дискам или барабанам. При торможении кинетическая энергия при трении превращается в тепловую. При этом освобождается большое количество теплоты, которое зависит от массы и скорости автомобиля. При экстренных торможениях автомобиля температура тормозных колодок может достигать 600° С, а тормозная жидкость нагреваться до 150° С и выше. Высокие температуры в тормозах и гигроскопичность жидкости приводят к ее обводнению и преждевременному старению. В этих условиях жидкость может отрицательно влиять на резиновые манжетные уплотнения тормозных цилиндров, вызывать коррозию металлических деталей. Но наибольшую опасность для работы тормозов представляет возможность появления в жидкости пузырьков пара и газа, образующихся при высоких температурных режимах эксплуатации из-за низкой температуры кипения самой жидкости, а также при наличии в ней воды.

140

При нажатии на педаль тормоза пузырьки газа сжимаются, и так как объем главного тормозного цилиндра невелик (5...15 мл), даже сильное нажатие на педаль может не привести к росту необходимого тормозного давления, т.е. тормоз не работает из-за наличия в системе паровых пробок. Надежная работа тормозной системы - необходимое условие безопасной эксплуатации

автомобиля,

поэтому

тормозная

жидкость

является

ее

функциональным элементом и должна отвечать комплексу технических требований. Важнейшие из них рассмотрены ниже. Температура

кипения.

Это

важнейший

показатель,

определяющий

предельно допустимую рабочую температуру гидропривода тормозов. Для большей части современных тормозных жидкостей температура кипения в процессе эксплуатации снижается из-за их высокой гигроскопичности. К этому приводит попадание воды, главным образом, за счет конденсации из воздуха. Поэтому наряду с температурой кипения "сухой" тормозной жидкости определяют температуру кипения "увлажненной" жидкости, содержащей 3,5 % воды. Температура кипения "увлажненной" жидкости косвенно характеризует температуру, при которой жидкость будет "закипать" через 1,5...2 года ее работы в гидроприводе тормозов автомобиля. Для надежной работы тормозов необходимо, чтобы она была выше рабочей температуры жидкости в тормозной системе. Из опыта эксплуатации следует, что температура жидкости в гидроприводе тормозов грузовых автомобилей обычно не превышает 100 0С. В условиях интенсивного торможения, например на горных дорогах, температура может подняться до 120 0С и более. В легковых автомобилях с дисковыми тормозами температура жидкости при движении по магистральным автострадам составляет 60...70 °С, в городских условиях достигает 80...100 °С, на горных дорогах 100...120 °С, а при высоких скоростях движения температурах воздуха и при интенсивных 141

торможениях - до 1500С. В некоторых случаях (спецмашины, спортивные автомобили и т. д.) температура жидкости может превышать указанные значения. Следует отметить, что начало образования паровой фазы тормозных жидкостей при нагреве, а следовательно, и паровых пробок в гидроприводе тормозов происходит при температуре на 20...25 °С ниже температуры кипения жидкости. Это обстоятельство принимается во внимание при установлении показателей качества тормозных жидкостей. Согласно требованиям международных стандартов температура кипения "сухой" и "увлажненной" тормозной жидкости должна иметь значения соответственно не менее 205 и 140 0С для автомобилей при обычных условиях их

эксплуатации

и

не

менее

230

и

155 0С

-

для

автомобилей,

эксплуатирующихся на режимах с повышенными скоростями или с частыми и интенсивными торможениями, например на горных дорогах. Следует иметь в виду, что на автомобиле, остановившемся после интенсивных торможений, температура жидкости может некоторое время повышаться за счет теплоты тормозных колодок из-за прекращения их охлаждения встречным потоком воздуха. Вязкостно-температурные свойства. Процесс торможения обычно длится несколько секунд, а в экстренных условиях - доли секунды. Поэтому необходимо,

чтобы

сила,

прилагаемая

водителем

к

педали,

быстро

передавалась на поршни рабочих цилиндров. Это условие обеспечивается необходимой текучестью жидкости и определяется максимально допустимой вязкостью при температуре —40 °С: не более 1500 мм2 с для жидкостей общего назначения и не более 1800 мм2 с - для высокотемпературных жидкостей. Жидкости для Севера должны иметь вязкость не более 1500 мм2 с при -55 °С. Антикоррозионные свойства. В гидроприводе тормозов детали из различных металлов соединяются между собой, что создает условия для протекания электрохимической коррозии. Для предотвращения коррозии 142

жидкости должны содержать ингибиторы, защищающие сталь, чугун, белую жесть, алюминий, латунь, медь от коррозии. Их эффективность оценивается по изменению массы и состоянию поверхности пластин из указанных металлов после их выдерживания в тормозной жидкости, содержащей 3,5 % воды, в течение 120 ч при 100 0С. Совместимость

с

резиновыми

уплотнениями.

Для

обеспечения

герметичности гидросистемы на поршни и цилиндры ставят резиновые уплотнительные манжеты. Необходимое уплотнение обеспечивается, когда под воздействием тормозной жидкости манжеты несколько набухают и их уплотнительные кромки плотно прилегают к стенкам цилиндра. При этом недопустимо как слишком сильное набухание манжет, так как может произойти их разрушение при перемещение поршней, так и усадка манжет, чтобы не допустить утечки из системы. Испытание на набухание резины осуществляется при выдерживании манжет или образцов резины в жидкости при 70 и 120 °С. Затем определяется изменение объема, твердости и диаметра манжет. Смазывающие поверхностей

свойства.

тормозных

Влияние

жидкости

на

износ

поршней, цилиндров, манжетных

рабочих

уплотнений

проверяется при стендовых испытаниях, имитирующих работу гидропривода тормозов в тяжелых условиях эксплуатации. Стабильность при высоких и низких температурах. Тормозные жидкости в интервале рабочих температур от —50 до 150 0С должны сохранять исходные показатели, т.е. противостоять окислению и расслаиванию при хранении и применении, образованию осадков и отложению на деталях гидропривода тормозов [2]. Ассортимент

и

эксплуатационные

свойства.

В

настоящее

время

выпускается несколько марок тормозных жидкостей. Жидкость БСК представляет собой смесь бутилового спирта и касторового масла, имеет хорошие смазывающие свойства, но невысокие вязкостно143

температурные показатели, используется в основном на старых моделях автомобилей. Жидкость "Нева" - основными компонентами являются гликолевый эфир и полиэфир,

содержат

антикоррозионные

присадки.

Работоспособна

при

температуре до —40...—450 С. Применяется в гидроприводе тормозов и сцеплений грузовых и легковых автомобилей. Жидкость ГТЖ-22м - на гликолевой основе. По показателям близка к "Неве",

она

обладает

худшими

антикоррозионными

и

вязкостно-

температурными свойствами. Рекомендуется для применения лишь на отдельных моделях грузовых автомобилей. Жидкость "Томь" разработана взамен жидкости "Нева". Основные компоненты - концентрированный гликолевый эфир, полиэфир, бораты; содержит антикоррозионные присадки. Имеет лучшие эксплуатационные свойства, чем "Нева", более высокую температуру кипения. Совместима с "Невой" при смешивании в любых соотношениях. Жидкость "Роса" разработана для новых моделей легковых автомобилей, в первую очередь ВАЗ-2108. Основной компонент - боросодержащий полиэфир; содержит

антикоррозионные

присадки.

Она

имеет

высокие

значения

температуры кипения (260°С) и температуры кипения "увлажненной" жидкости (165°С). Это обеспечивает надежную работу тормозной системы при тяжелых эксплуатационных режимах и позволяет увеличить срок службы жидкости. Чтобы исключить возможность образования паровых пробок, жидкость "Нева" в зависимости от условий эксплуатации автомобилей рекомендуется заменять через 1...2 года; срок службы жидкостей "Томь" и "Роса" может быть более двух лет. Низкотемпературные показатели неудовлетворительны у БСК. Уже при температуре —15...—17 °С образуются кристаллы касторового масла. С дальнейшим понижением температуры происходит потеря подвижности, при температуре ниже -20 °С жидкость БСК неработоспособна. 144

Жидкости "Нева", "Томь", "Роса" работоспособны до -40...-45 °С. Для автомобилей, эксплуатирующихся в районах Крайнего Севера, необходима специальная жидкость, у которой вязкость при –55 °С должна быть не более 1500 мм2/с. При отсутствии такой жидкости практикуется разбавление жидкости

"Нева"

и "Томь" 18...20% этилового спирта. Такая смесь

работоспособна при температуре до -60 0С, однако имеет низкую температуру кипения и не обеспечивает герметичности резиновых манжетных уплотнений. Поэтому разбавление жидкости спиртом - вынужденная мера, и по окончании зимней эксплуатации смесь следует заменить. Жидкости "Нева", "Томь", "Роса" совместимы, их смешивание между собой возможно в любых соотношениях. Смешивание указанных жидкостей с БСК недопустимо, так как приведет к расслоению смеси и потере необходимых эксплуатационных свойств. Зарубежными аналогами жидкостей "Нева" и "Томь" являются жидкости, соответствующие международной классификации ДОТ-3, которые имеют температуру кипения более 2050 С, а для жидкости "Роса" - жидкости ДОТ-4 с температурой кипения более 230 °С. Жидкости типа БСК на современных моделях автомобилей за рубежом не применяются [3]. 5.3. Охлаждающие жидкости Требования,

предъявляемые

к

жидкости

для

систем

охлаждения

двигателей, весьма разнообразны. Такая жидкость не должна замерзать и кипеть во всем рабочем диапазоне температур двигателя, легко прокачиваться при этих температурах, не воспламеняться, не вспениваться, не воздействовать на материалы системы охлаждения, быть стабильной в эксплуатации и при хранении, иметь высокую теплопроводность и теплоемкость. В наибольшей степени этим требованиям отвечает вода и водные растворы некоторых веществ. 145

Вода имеет целый ряд положительных свойств: доступность, высокую теплоемкость, пожаробезопасность, нетоксичность, хорошую прокачиваемость при положительных температурах. К недостаткам воды следует отнести: неприемлемо высокую температуру замерзания и увеличение объема при замерзании, недостаточно высокую температуру кипения и склонность к образованию накипи. Эти недостатки ограничивают применение воды в качестве охлаждающей жидкости. Однако в тех климатических зонах, где не бывает низких температур или автомобили эксплуатируются только в летний период, вода может применяться в системах охлаждения автомобилей. В этом случае важно знать ее свойства, чтобы избежать нежелательных последствий от эксплуатации двигателей на воде. В первую очередь, это относится к накипи - твердым и прочным отложениям на горячих стенках системы охлаждения, образующимся в результате оседания на стенках бикарбонатов, сульфатов и хлоридов кальция и магния, содержащихся в воде. Образование

накипи,

кроме

ухудшения

теплоотвода,

приводит

к

увеличению расхода топлива. Так, при толщине накипи 1,5...2 мм расход топлива может возрасти на 8...10 %. Это происходит вследствие недопустимого повышения

температурного

режима

цилиндропоршневой

группы

из-за

термического сопротивления слоя накипи. Для

предупреждения

образования

накипи

в

системе

охлаждения

используется два способа: •введение антинакипинов (хромпик К3Сг207, нитрат аммония NH4N03); •умягчение воды перед заливкой в систему (кипячением, перегонкой или обработкой кальцинированной содой Ма3СО3). Наличие у современных двигателей двухконтурной системы охлаждения с термостатом исключает возможность применения воды в зимнее время. Это связано с тем, что после пуска охлаждающая жидкость для более быстрого прогрева двигателя циркулирует только по малому контуру, минуя радиатор. 146

Время открытия термостата и циркуляции по большому контуру может быть достаточно большим, особенно при низких температурах. В течение этого времени вода в радиаторе без циркуляции может замерзнуть, что приведет к его размораживанию. При

определенных

условиях

эксплуатации

автомобилей:

высокой

температуре окружающего воздуха, буксировке прицепа, движении по бездорожью на пониженных передачах и т.д. - охлаждающая жидкость может нагреться до температуры кипения. Эффективность охлаждения в этом случае резко падает, двигатель перегревается, возможен его выход из строя. Для устранения

этого

необходимо

применять

охлаждающую

жидкость

с

повышенной температурой кипения и герметизировать систему охлаждения. Системы охлаждения современных двигателей герметичны, и жидкость в них находится под небольшим давлением, обычно около 0,05 МПа, которое поддерживается клапаном радиатора. В новых моделях автомобилей давление в системе охлаждения еще выше (0,12 МПа) и поддерживается клапаном в расширительном бачке. При давлении 0,05 МПа вода кипит при 112 °С, а при 0,12 Мпа - при 124 °С. В

последние

десятилетия

получили

широкое

распространение

низкозамерзающие охлаждающие жидкости на основе водных растворов этиленгликоля с температурой кипения 197°С. В отличие от воды при замерзании охлаждающие жидкости не расширяются и не образуют твердой сплошной массы. Образуется рыхлая масса кристаллов воды в среде этиленгликоля. Такая масса не приводит к размораживанию блока и не препятствует запуску двигателя. Охлаждающая жидкость после пуска двигателя довольно быстро переходит в жидкое состояние. Однако прогрев отопителя салона затрудняется, поэтому необходимо поддерживать такую концентрацию

охлаждающей

жидкости,

температуры —40...—35 °С.

147

чтобы

она

не

замерзала

до

Охлаждающей жидкости присущи некоторые недостатки. Так, их теплопроводность и теплоемкость ниже, чем у воды, что несколько снижает эффективность систем охлаждения. При нагреве охлаждающая жидкость увеличивается в объеме, ввиду чего в системе охлаждения устанавливается расширительный бачок. Этиленгликоль коррозионно агрессивен по отношению к металлам, поэтому в охлаждающую жидкость при изготовлении добавляют специальные антикоррозионные и противопенные присадки. Общее содержание присадок составляет 3...5 %. Температура кипения охлаждающей жидкости достаточно высока и составляет 1050С. Поэтому в герметичной системе охлаждения современного автомобиля при нормальных условиях эксплуатации (без перегрева двигателя) потери охлаждающей жидкости происходят преимущественно из-за утечек (микрощели в радиаторе, ослабление креплений хомутов на шлангах и другие неисправности). Восполнять уровень охлаждающей жидкости в системе охлаждения водой нежелательно, так как при этом снижается концентрация этиленгликоля в смеси, что ведет к повышению температуры замерзания. В табл. 25 приведены основные характеристики охлаждающих жидкостей, выпускаемых в нашей стране. Наиболее широко на автомобилях применяется антифриз Тосол А40-М. Допустимый срок службы антифриза "Тосол А40-М" составляет до 3 лет эксплуатации автомобилей или 60 тыс. км пробега. При более длительных сроках эксплуатации на некоторых деталях системы охлаждения начинают появляться очаги коррозии, в первую очередь на крыльчатке водяного насоса, т.е. на чугуне. Корродируют также детали из алюминия, припой в радиаторе, латунные трубки радиатора и корпус термостата. Охлаждающая

жидкость

в

процессе

эксплуатации

изменяет

свои

характеристики: снижается запас щелочности, увеличивается склонность к 148

пенообразованию, возрастает агрессивность к резине и увеличивается способность характеристик

вызывать

коррозию

охлаждающей

металлов.

жидкости

Интенсивность

зависит

от

изменения

средней

рабочей

температуры в двигателе [4]. В южных районах, где эти температуры обычно более высокие, охлаждающая жидкость стареет интенсивнее. В северных же районах страны она может служить и более трех лет. Таблица 25 Основные характеристики охлаждающих жидкостей

Показатели

Тосолы (ТУ 6-02-751-78) Тосол Тосол Тосол AM А-40М А-65М

Внешний вид жидкости

Концентрированный этиленгликоль (Антифриз)

Охлаждающая жидкость (ГОСТ 1 59-52) 40

65

Светло-желтая, слегка Оранжевая Голубая Красная слегка мутная мутная 1120... 1075... 1085... 1110... 1067... 1085... 1140 1085 1095 1072 1090 1116

Плотность при 20°С кг/м3 Температура замерзания, °С, -40 -65 -40 -65 не выше Температура кипения, °С, не 170 108 115 100 100 ниже Состав.%: этиленгликоль 96 58...66 60...64 94 52 64 вода 3,0 44 35 5 47 35 присадки 6...7 З...3,5 3,5...4 6...8 3,5..,4,5 4...4,5 (сверх 100%) Трехлетний срок службы "Тосола А40-М" гарантируется только при поддержании в течение этого времени требуемой плотности охлаждающей жидкости - не менее 1075 кг/м3. Добавление более 1 л свежего концентрата увеличивает срок службы охлаждающей жидкости примерно на год. Охлаждающая жидкость «Лена-40» по свойствам близка к «Тосолу А40М», но меньше корродирует чугунные и алюминиевые детали. 149

6. ТЕХНИКА

БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ГОРЮЧЕСМАЗОЧНЫМИ И ЛАКОКРАСОЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ Основной задачей транспортирования и хранения является не только

поставка продуктов потребителю, но и обеспечение его сохранности и правильной маркировки. Кроме того, требуется соблюдения строгих правил противопожарной и экологической техники безопасности. Емкости и их маркировка Производители и изготовители масел в настоящее время применяют в основном пластмассовую и стальную тару. Малое количество расфасовывают в одноразовых объемах, соответствующих наливным объемам машин. Для более крупных автохозяйств и парков мобильной техники экономически более выгодно иметь вплоть до годового объема потребления. В таком случае масла транспортируются и хранятся в цистернах, преимущественно объемом до 2000 л или стальных или пластиковых бочках объемом 200-220 л. Современные

пластмассовые

емкости,

как

правило,

имеют

градуировочные таблицы, которые облегчают дозирование и учет масел. В случае поставки масел в емкостях производителя на них имеются предварительно нанесенная маркировка – все необходимые надписи, которые характеризуют масло и которые должны сохранятся до полного его израсходования. Любая тара в хозяйстве, в которой находится смазочный материал, должна быть маркирована. Если в этой таре материалы не только хранятся, но и перевозятся, то необходима и транспортная маркировка, отвечающая международным правилам перевозок. Надпись на потребительской таре содержит: • наименование нефтепродукта, его марку; • обозначение назначения, уровня качества и вязкости; • товарный знак и наименование изготовителя или поставщика; массу нетто или объем; 150

• дату - месяц и год изготовления нефтепродукта; номер партии; цену, если нефтепродукт предназначен для розничной торговли. Транспортировка Расфасованные масла и топлива обычно транспортируют в канистрах, бидонах, банках, бочках и контейнерах. Контейнеры и другие емкости для транспорта смазочных масел изготавливают из пластмассы (в основном из полиэтилена), углеродистой стали, легированной стали или алюминия. Выбор материала зависит от возможных реакций смазочного масла со стенками контейнера и от требуемой прочности с учетом возможности укладки заполненных бидонов штабелями без деформации. При транспортировке ГСМ должны соблюдаться национальные и международные нормы по технике безопасности и законодательные акты по обращению с вредными и пожароопасными материалами, в частности, на автомобильном транспорте: АDR Европейское соглашение по международным автомобильным перевозкам опасных грузов. Хранение Ниже приводится несколько общих правил разгрузки, хранения и раздачи смазочных материалов. Основными причинами порчи ГСМ при хранении и раздаче могут служить: • потери надписей на таре и в результате этого - возможное смешение марок, применение не по назначению; • порча тары и потери ее герметичности при транспортировке и разгрузке; • порча тары при неправильном хранении бочек; • попадание воды при хранении на открытом воздухе; • попадание грязи и воды при неправильной разливке масла; • небрежная раздача масла не по назначению. Во избежание порчи не следует скидывать бочки, барабаны и бидоны с автомашины или стеллажа. 151

ГСМ в бочках следует хранить в крытых складских помещениях, под навесом или на спланированной площадке, защищенной от действия прямых солнечных лучей и атмосферных осадков. Бочки размещаются на стеллажах, поддонах или в штабелях. Бочки, предназначенные для хранения ГСМ, должны быть исправными и герметично закрываться. Заполняют их с учетом возможного температурного расширения ГСМ, не доливая до нижней кромки горловины 5 – 6 см. Бочки можно укладывать на деревянных подкладках вертикально (пробками вверх) или на металлических рамах не более чем в два яруса. Хранить различные марки нефтепродуктов следует в отдельных группах бочек. Для предотвращения возможности смешения их разделяют указателями. Для предотвращения воздействия дождя, снега и солнечных лучей бочки должны храниться под навесом. Там, где это невозможно, следует обращать особое внимание на герметичность уплотнения отверстий для налива для предотвращения попадания влаги в бочки при охлаждении. Пустую тару из-под горючесмазочных материалов (бочки, бидоны и др.) хранят в помещении или под навесом отдельно от нефтепродуктов. При раздаче ГСМ не допускается налив свободнопадающей струей, необходимо применять насосы. Рекомендуется укладывать в штабели по ширине не более двух и по длине не более 15 бочек. Проходы для транспортирования бочек должны быть шириной не менее 1,8 м, а вспомогательные проходы между штабелями не менее 1,0 м. Бочки со смазочными материалами необходимо укладывать по партиям изготовления и поступления. Различные сорта нефтепродуктов разделяют указателями. Изменение ГСМ при хранении Масла до поступления в машины проходят множество операций – перекачка по трубопроводам; транспортирование железнодорожным, водным 152

или автомобильным транспортом; хранение и отпуск. Каждая из этих операции может сопровождаться количественными потерями и ухудшением свойств нефтепродуктов. Качественные изменения во многом зависят от технической культуры и подготовленности персонала, доставляющего ГСМ с производства и мест хранения к автомобилям, а также от технического уровня, оснащенности и состояния средств, применяемых при транспортировании, хранении и использовании нефтепродуктов. Наибольшее влияние на надежность работы автомобилей и мобильной техники оказывают изменения, связанные с образованием смол и осадков, загрязнением ГСМ механическими примесями и обводнением. Образование смол и осадков – сложный физико-химический процесс, зависящий от внешних условий хранения: температуры окружающей среды, времени хранения, соотношения жидкой и паровой фаз в резервуарах, контакта с металлами, от попадания воды и др. Для снижения интенсивности смолообразования нефтепродукты следует хранить, не допуская присутствия на дне резервуаров воды и других посторонних примесей, сокращая число перекачек, заполняя емкости до максимально допустимого уровня, оборудуя резервуары дыхательными клапанами, снижая время хранения нефтепродуктов. Загрязнение ГСМ происходит из-за попадания примесей из атмосферы, при заполнении плохо зачищенных емкостей, перекачке масел по загрязненным трубопроводам, из-за образования нерастворимых продуктов окисления малостабильных компонентов (присадок) масел. Механические примеси включают пыль и песок, имеющие более высокую твердость, чем металлы, и вызывающие увеличение износа трущихся деталей. Загрязнение ГСМ механическими примесями из атмосферы происходит при "больших" и "малых" дыханиях в резервуарах и бочках, а также во время их открывания. Велико влияние запыленности воздуха на загрязнение ГСМ в момент приема их на нефтескладах, расположенных вблизи грунтовых дорог и не защищенных растительностью. Наибольшее количество механических 153

примесей попадает в ГСМ при использовании для заправки грязных шлангов, при неудовлетворительном состоянии заправочных средств и заправке открытым способом. Содержание механических примесей может достигать 100 – 150, а иногда и 400 – 500 г/т. Обводнение ГСМ происходит при хранении, транспортировании и перекачке за счет конденсации влаги из воздуха, находящегося в резервуаре или бочке, при понижении температуры и попадании воды из атмосферы. При осадках (дожде, снеге) вода попадает в нефтепродукты через открытые или неуплотненные люки, неисправные крышки емкостей или дыхательных клапанов. При обводнении резко изменяется качество моторных масел с присадками. Даже небольшая концентрация воды (0,1 – 0,2 %), попавшей в масло, может снижать содержание отдельных присадок (до 40 – 50 %) за счет выпадения в осадок. Наблюдаются случаи, когда на дне емкостей с моторными маслами накапливаются

мазеобразные

осадки,

основная

часть

которых

–

гидролизованные малостабильные компоненты присадок. При выполнении всех операций транспортирования, приема – выдачи нефтепродуктов должны быть обеспечены необходимые мероприятия в строгом соответствии с действующими правилами и инструкциями по технике безопасности, производственной санитарии, по пожарной безопасности. Охрана окружающей среды Сооружения и оборудование нефтескладов и стационарных пунктов заправки должны исключать попадание нефтепродуктов в почву и водоемы и соответствовать по этим показателям санитарным требованиям. Смазочные материалы, в отличие от топлив, имеют высокие температуры кипения и низкую испаряемость, поэтому загрязнение окружающей среды этими материалами возможно лишь вследствие просачивания в грунт и загрязнения поверхностных и грунтовых вод. Это может произойти в результате небрежного обращения, утечки из резервуаров, транспортных 154

происшествий или нарушения правил по утилизации отработанных масел и сбросу индустриальных сточных вод, содержащих смазочные материалы. Практически смазочные масла могут попасть в почву или воду вследствие утечки, дефектов материалов упаковки, каплепадения, чистки установок и по другим причинам. Поэтому необходимо принимать меры по предотвращению загрязнения почвы и водного бассейна и строго соблюдать законодательные акты по транспортировке и хранению смазочных материалов. Следует иметь в виду, что доля смазочных материалов в загрязнении среды во время транспортировки и хранения значительно меньше доли других минеральных продуктов (особенно бензина, легких и тяжелых котельных топлив). По статистике в области окружающей среды около 30 % аварий имели место при транспортировке, а 70 % при хранении смазочных материалов. Распространение в почве. Минеральные смазочные масла проникают в почву, главным образом, под действием силы тяжести и поверхностноактивных сил. Распространение масла зависит от вида и структуры подпочвенного слоя, гидрологических условий и свойств масла (плотности, вязкости, смачивающей способности, содержания и типов присадок и других свойств).

Проницаемость

и

капиллярность

–

физические

параметры,

характеризующие осадочные горные породы, зависят от гранулометрического состава

и

объемной

трещинами,

плотности.

расщелинами,

Непористые

отслоенными

породы

поверхностями

характеризуются и

карстовыми

явлениями. Проницаемость почвы или породы, характеризующая скорость просачивания и боковое распространение минерального масла, составляет до 10 м/с для водонасыщенных осадочных пород и снижается с увеличением содержания воды в породе. При просачивании масла в почву образуется определенный

"объем

масла", форма

и

размер

которого зависят

от

вышеупомянутых факторов. Распространение

в

грунтовых

водах.

При

контакте

с

водой

в

подпочвенном слое некоторые компоненты масла могут раствориться и 155

мигрировать с водой. Концентрация растворенных компонентов снижается с повышением скорости течения грунтовых вод. По мере распространения грунтовых вод вещества, транспортируемые водой, становятся все более и более разбавленными. Максимальные расстояния, на которые распространяется масло в объеме, зависит от количества растворенных компонентов, увлекаемых водой из масла за единицу времени, масляной фазы, скорости течения грунтовых вод и коэффициента распространения в подпочвенном слое. Распространение

на

поверхности

воды.

Масла,

пролитые

на

поверхностные воды, сначала образуют так называемые разводы, а затем пленки.

Эти

пленки

эмульгируются,

подвергаются

биологическому

разложению и могут оседать после окисления. Скорость распространения масла на поверхности воды вычисляют по гиперболической функции. Масло, пролитое на поверхностные воды, удаляют с помощью масляных барьеров (планки для сбора масла с поверхности вод, гибкие трубки), реагентов, связывающих масла, и скребковых устройств. Биоразложение пролитого масла. В зависимости от химической структуры (ароматические

углеводороды,

нафтены,

парафины),

содержания

гетероорганических соединений и присадок, молекулярной массы и т. д. на минеральные масла по-разному воздействуют кислород и микроорганизмы (бактерии, грибки). В аэробных условиях скорость разложения зависит от содержания минеральных солей и микроэлементов, температуры и величины рН. В случае углеводородов, растворенных в воде, скорость их разложения определяется химической структурой и содержанием кислорода в воде. Олефины и ароматические соединения окисляются до кислородосодержащих соединений (спиртов, кетонов, фенолов, карбоновых кислот) в сравнительно короткий срок. На биологическое разложение углеводородов расходуется кислород с образованием аммиака, сероводорода и соли двухвалентного железа и марганца в сложившихся восстановительных условиях.

156

Ликвидация отработанных масел. После использования только 60 % смазочных материалов остаются в виде отработанных масел, так как моторные масла частично сгорают, технологические масла остаются в продуктах, индустриальные масла и смазочно-охлаждающие жидкости адсорбируют к металлу, а пластичные смазки, изоляционные масла и аналогичные продукты предназначены для одноразового использования на весь срок службы объекта. В работавших моторных маслах содержатся инородные примеси (вода, растворители и т. д.). Отработанные масла должны доставляться специальным фирмам для ликвидации или переработки. Отрицательное воздействие отработанных масел на окружающую среду может быть полностью исключено регенерацией, сжиганием, повторным использованием для смазывания простых узлов трения или захоронением в специально отведенных местах. Токсикология Данные о токсичности конкретного масла содержатся в справочном листе данных по безопасности (safety data sheet), которым, согласно Директивам Европейского Экономического Сообщества 91/155/ЕЕС, должен быть снабжен каждый продукт. Общие данные о токсичности и воздействии смазочных материалов на живой организм и на человека представлены в документах CONCAWE – Досье на продукт М 97/108. "Смазочные базовые масла" (Product dossiers 97/108.Lubricating oil basestocks) и в рапорте № 5/87 "Аспекты воздействия смазочных материалов на здоровье" (Health aspects of lubricants. Report № 5/87). При использовании смазочных материалов на базе минеральных масел необходимо учитывать возможное раздражающее воздействие углеводородных смесей и индивидуальных присадок. Частицы металлов, продукты сгорания в отработанных учитывать

маслах вредное

могут

усилить

воздействие

раздражение.

Необходимо

полициклических

также

ароматических

углеводородов, содержащихся в маслах селективной очистки. Предельная концентрация одорантов, содержащихся в минеральных маслах, при их 157

попадании настолько низка (0,001 до 0,1 мг/л), что растворенные в такой воде углеводороды никакой опасности для здоровья человека и животных не представляют. Токсикологические свойства синтетических масел зависят от свойств индивидуальных

классов

химических

соединений,

их

компонентов,

молекулярной массы и т. д. Особую опасность при транспортировке и перегрузке ГСМ представляет статическое электричество [5].

158

Предметный указатель А Амортизаторы........................................................................................ 138 Антидетонаторы .................................................................................... 80 Антинакипин.......................................................................................... 146 Ассортимент дизельных топлив .......................................................... 92 В Вода......................................................................................................... 146 Водород .................................................................................................. 104 Г Газовые конденсаты.............................................................................. 102 Группы альтернативных топлив .......................................................... 98 Группы моторных масел....................................................................... 114 Д Давление насыщенных паров............................................................... 74 Детонация............................................................................................... 78 Достоинства и недостатки пластичных смазок.................................. 131 Дробление .............................................................................................. 49 И Индекс грузоподъемности.................................................................... 16 Индекс паровой пробки ........................................................................ 75 Индекс скорости .................................................................................... 15 Испарение............................................................................................... 68 К Каучук..................................................................................................... 7 Классификация масел ........................................................................... 112 Классификация трансмиссионных масел ........................................... 125 Классификация по ACEA ..................................................................... 118 Классификация по API.......................................................................... 117 Классификация по ILSAC .................................................................... 118 Классификация по SAE ........................................................................ 116 Классы вязкости масел ......................................................................... 111 Клеи ассортимент и применение ......................................................... 52 159

Клеи общее назначение ........................................................................ 49 Клеи типы............................................................................................... 50 Колесо..................................................................................................... 24 Колесо устройство................................................................................. 24 Колесо эксплуатационные характеристики........................................ 26 Крекинг................................................................................................... 62 Л ЛКМ механические свойства ............................................................... 30 ЛКМ обозначение.................................................................................. 33 ЛКМ состав ............................................................................................ 32 ЛКМ способы нанесения ...................................................................... 37 ЛКМ способы сушки............................................................................. 38 ЛКМ физические свойства ................................................................... 29 М Методы определение октанового числа ............................................. 79 Моллирование........................................................................................ 44 МТБЭ ...................................................................................................... 82, 102 О Обозначение моторных масел.............................................................. 114 Обозначение пластичных смазок ........................................................ 133 Октановое число.................................................................................... 79 Охлаждающие жидкости ...................................................................... 145 П Переработка нефти вторичная ............................................................. 62 Переработка нефти первичная ............................................................. 62 Пластичные смазки ............................................................................... 130 Пластмассы свойства ............................................................................ 38 Применяемость пластичных смазок.................................................... 135 Р Резинотехнические изделия ................................................................. 7 Рекомендации по выбору и замене масел........................................... 114 Рекомендации по применению трансмиссионных масел ................. 128 160

С Свойства амортизаторных жидкостей ................................................ 138 Свойства бензинов ................................................................................ 67, 75 Свойства дизельных топлив................................................................. 90 Свойства масел ...................................................................................... 109 Свойства пластичных смазок............................................................... 131 Свойства тормозных жидкостей.......................................................... 140 СНГ ......................................................................................................... 95 Состав нефти.......................................................................................... 58 СПГ ......................................................................................................... 96 СПБТЛ (З................................................................................................ 95 Спирты.................................................................................................... 100 Стандарты на бензин............................................................................. 64 Сталинит................................................................................................. 43 Стекла крепление .................................................................................. 44 Т Техника безопасности при работе с ГСМ........................................... 150 Типы автомобильных стекол ............................................................... 43 Тормозные жидкости ............................................................................ 140 Тосол....................................................................................................... 148 Требования к газообразным топливам................................................ 94 Требования к дизельным топливам..................................................... 86, 93 Требования к моторным маслам.......................................................... 108 Требования к трансмиссионным маслам ............................................ 122 Трипликс ................................................................................................ 43 Ф Фракционный состав бензина .............................................................. 69 Фракционный состав дизельного топлива.......................................... 87 Ц Цетановое число .................................................................................... 90 Ш Шины ...................................................................................................... 9 Шины зимние......................................................................................... 20 Шины летние ......................................................................................... 18 161

Шины обозначение ............................................................................... 10 Щ Щетки ..................................................................................................... 45 Э Этилмеркаптан....................................................................................... 96

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Васильева Л.С. Автомобильные эксплуатационные материалы: Учебник для вузов. – М.: Транспорт, 1996. 2. Топливо, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справ. / Под ред. В.М. Школьникова. - М.: Техинформ, 1999. 3. Сидоркин В.И., Янчеленко В.А. Эксплуатационные материалы: Письменные лекции. – СПб.: СЗТУ, 2001. 4. Мотовилин Г.В. Масино М.А. , Суворов О.М. Автомобильные материалы: Справ. – М.: Транспорт, 1989 5. Кириченко Н.Б. Автомобильные эксплуатационные материалы: Учеб. пособие. – М.:Академия, 2003. 6. Павлов В.П., Заскалько П.П. Автомобильные эксплуатационные материалы. – М.: Транспорт, 1982.

162

СОДЕРЖАНИЕ Предисловие........................................................................................................... 3 1. Классификация автомобильных материалов и их назначение.................... 4 2. Эксплуатационные неметаллические материалы, применяемые для изготовления автомобилей ...................................................................... 7 2.1. Резинотехнические изделия ....................................................................... 7 2.1.1. Резина, область ее применения, состав и основные свойства........ 7 2.1.2. Основные материалы для изготовления автомобильных шин....... 9 2.1.3. Эксплуатационные характеристики шин ......................................... 17 2.1.3.1. Шины для летней эксплуатации................................................ 18 2.1.3.2. Шины для зимней эксплуатации ............................................... 20 2.1.3.3. Нормы пробега шин.................................................................... 23 2.1.4. Колеса................................................................................................... 24 2.2. Лакокрасочные материалы......................................................................... 29 2.2.1. Основные свойства лакокрасочных материалов ............................. 29 2.2.2. Условные обозначения лакокрасочных материалов ....................... 33 2.2.3. Способы нанесения и сушки лакокрасочных материалов.............. 37 2.3. Строение, свойства и область применения пластмасс при производстве и ремонте автомобилей ..................................................... 38 2.4. Автомобильные стекла ............................................................................... 43 2.4.1. Типы автомобильных стекол ............................................................. 43 2.4.2. Способы крепления стекол ................................................................ 44 2.5. Стеклоочистители ....................................................................................... 45 2.6. Клеящие материалы .................................................................................... 49 2.6.1. Общие требования по применению клеев ........................................ 49 2.6.2. Общая классификация клеящих материалов ................................... 50 2.6.3. Ассортимент клеящих материалов.................................................... 52 3. Эксплуатационные материалы ....................................................................... 58 3.1. Автомобильные топлива ............................................................................ 58 3.1.1. Производство автомобильных топлив............................................ 58 3.1.2. Автомобильные бензины ................................................................. 64 3.1.3. Дизельные топлива ........................................................................... 86 3.1.4. Нефтяные газы................................................................................... 94 3.1.5. Альтернативные топлива ................................................................. 98 163

4. Смазочные масла.............................................................................................. 108 4.1. Моторные масла .......................................................................................... 109 4.2. Трансмиссионные масла............................................................................. 122 4.3. Пластичные смазки ..................................................................................... 130 5. Специальные жидкости ................................................................................... 138 5.1. Амортизаторные жидкости ........................................................................ 138 5.2. Тормозные жидкости .................................................................................. 140 5.3. Охлаждающие жидкости............................................................................ 145 6. Техника безопасности при работе с горючесмазочными и лакокрасочными материалами ....................................................................... 151 Предметный указатель.................................................................................... 160 Библиографический список............................................................................ 162

164

КОСТЕНКО Владислав Игоревич СИДОРКИН Владимир Иванович ЕКШИКЕЕВ Тагер Кадырович ЯНЧЕЛЕНКО Виктор Андреевич

Эксплуатационные материалы

Учебное пособие

Редактор И.Н. Садчикова Сводный темплан 2005г. Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97 Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 21.11.2003 г.

Подписано в печать . Б. кн . – журн. П. л.

. 2005. . Б. л.

Тираж

.

Формат 60х84 1/16. Изд-во СЗТУ

. Заказ

Северо-Западный государственный заочный технический университет Издательство СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации университетов России 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5

165