Автомобильные эксплуатационные материалы

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОТА»

Кафедра «Общетранспортные проблемы»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по дисциплине

«Конструкционные и эксплуатационные материалы»

Выполнила Руководитель студентка Бойкачёв М. А.

группы ЗА — 21

Ковалёва Ю.С.

09 — ЗА — 467

Гомель 2012

Содержание Введение

1. Технология получения спиртового топлива

2. Эксплуатационные свойства и показатели их оценивающие: Чистота дизельного топлива

3. Система классификации и маркировки тормозных жидкостей

4. Характеристика эксплуатационных (конструкционных) материалов Заключение Литература

Длительная бесперебойная и экономичная работа автомобиля и его двигателя, агрегатов, узлов и деталей возможна лишь при использовании соответствующих топлив, смазочных материалов и технических жидкостей.

Широкий ассортимент применяемых на автомобильном транспорте топлив и смазочных материалов для автомобилей объясняется конструктивными особенностями агрегатов автомобилей разных типов и марок, разнообразием климатических и других условий их эксплуатации, а также недостаточной универсальностью выпускаемых в настоящее время топлив, масел и смазок.

Для обеспечения эффективной эксплуатации автомобилей в каждых конкретных условиях нужно применять определенные топлива и смазочные материалы, обладающими конкретными эксплуатационными качествами. Эксплуатационные качества топлив, масел и смазок зависят от особенностей сырья и технологического процесса его переработки.

От качества применяемых материалов, их соответствия данным условиям эксплуатации зависят надежность, долговечность, производительность автомобиля, а также затраты на его техническое обслуживание и ремонт.

В контрольной работе рассмотрены эксплуатационные свойства дизельного топлива, классификация и маркировка тормозных жидкостей, характеристики эксплуатационных (конструкционных) материалов, а также технология получения спиртового топлива.

1. Технология получения спиртового топлива

автомобиль дизельный топливо тормозной

Одним из перспективных путей экономии топлива для автомобильных двигателей и снижения выбросов отработавших газов в атмосферу является частичная или полная замена традиционных топлив другими, не нефтяного происхождения. Наиболее интенсивно ведутся исследования в направлении использования в качестве топлива синтетических спиртов, смесей эфира, водорода, водотопливных эмульсий и др.

Во многих странах находят применение спиртовые топлива: метанол и этанол. «Пионером» в использовании этанола в качестве моторного топлива был Генри Форд, который в 1880 г. создал первый автомобиль, работавший на этаноле. Возможность использования спирта в качестве моторного топлива была также показана в 1902 г., когда на конкурсе в Париже были выставлены более 70 карбюраторных двигателей, работающих на этаноле и благодаря улучшению его топливной экономичности, частично на смесях этанола с бензином.

Однако, несмотря на эти первоначальные опыты, широкое применение этанола в качестве моторного топлива началось во многих западных странах в 70-х и особенно в 80-е — 90-е гг. прошлого столетия. Это было обусловлено нефтяными кризисами 70-х гг. и резко возросшими требованиями к экологическим свойствам моторных топлив в 80 -90-е гг. [3, с. 145 -147].

Спирты в значительной степени отличаются от традиционных автобензинов по физико-химическим и моторным качествам. Теплота сгорания метанола примерно наполовину ниже, чем у бензинов. Поэтому для сохранения энерговооружённости автомобиля требуется увеличение объема и расхода топлива в 1,5…2 раза, что и является основным недостатком метанола. В тоже время теплота сгорания бензино — и метаноловоздушной смесей близка. Важным преимуществом метанола является его высокая детонационная стойкость. Это позволяет увеличить степень сжатия двигателя до 12…14 ед. и тем самым компенсировать повышенные расходы метанола.

Основной проблемой при эксплуатации двигателя на метаноле (М85) является токсичность топлива. Кроме того, он оказывает корродируещее воздействие на некоторые металлы, прорезиненные детали, прокладки, мембраны. Неяркое пламя затрудняет визуальное обнаружение горения этого топлива при дневном свете. [1, с.49−50].

Метанол в России вырабатывается по ГОСТ 2222– — 95 (метанол технический синтетический) двух марок: А и Б; ежегодная выработка метанола в России находится на уровне 1,8 — 2,0 млн. т.

Метанол получают из угля, природного газа, бытовых отбросов, отходов лесного хозяйства.

Этанол (Е 85) также оказывает корродирующее воздействие на некоторые металлы, прокладки и мембраны. Он является менее летучим, чем обычный бензин.

Этанол в промышленности получают несколькими способами:

— метод прямой или сернокислой гидратации этилена, так называемый синтетический этанол;

— гидролиз непищевого растительного сырья — гидролизный этанол;

— ферментная переработка пищевого растительного сырья — пищевой этанол.

При производстве этанола методом прямой гидратации этилена используются фосфорнокислые катализаторы на твёрдом носителе, процесс протекает при температуре 260 — 280 и давлении 7 — 8 МПа. Существенным недостатком этого процесса является низкая конверсия сырья (4−5%) за проход, что приводит к необходимости рециркуляции большого количества непревращённого сырья, а также высокая коррозионная агрессивность катализатора и его унос из зоны реакции. Процесс сернокислой гидратации является процессом устаревшим и в настоящее время применяется редко.

Синтетический этанол вырабатывается в России по ТУ 2421 — 117 — 151 727 — 98 «Спирт этиловый синтетический денатурированный» трёх марок — А, Б, В.

Сбраживанием продуктов гидролиза древесины получают гидролизный этанол. Необходимые для сбраживания сахара получают гидролизом древесного сырья — опилки, щепа и другие отходы деревообработки. Сырьё (целлюлоза), содержащее полисахариды, обрабатывают раствором серной кислоты, что приводит к образованию глюкозы, которую затем подвергают спиртовому брожению. Рассмотрим процесс получения этанола методом гидролиза концентрированными кислотами, нейтрализации и брожения более подробно. [3, с. 145 — 152].

Собранную и высушенную биомассу измельчают, на ситах отделяют определённую фракцию частиц. Далее субстрат поступает в чан, где происходит гидролиз под действием серной кислоты (7,65%) при температуре 100 в течение 2 ч. Приблизительно 75% гемицеллюлоз гидролизуется до ксилозы.

Остающиеся твёрдые частицы (лигнин и целлюлоза) удаляют на стадии фильтрации и передают на следующую стадию гидролиза, куда также подаётся серная кислота и большая часть ксилозного потока.

В результате получают смесь сахаров: пентозы и глюкозы в водном растворе при pH=1,0. На стадии нейтрализации образуется гипс, отделяемый на вращающемся фильтре.

Остающийся поток содержит глюкозу (11,6%) и ксилозу (9,0%).

Брожение также проводится в две стадии. Сначала дрожжи Sacharomyces cerevisiae превращают глюкозу в этанол. От полученной смеси дистилляцией отделяют этанол, непреобразованную ксилозу передают на следующую стадию ферментации, где она сбраживается в этанол дрожжами Pachysolen tannophilus. Этанол также выделяется дистилляцией. Лигниклектки высушивают и сжигают. [4, с. 49 — 50].

Дистилляция — это физический процесс, с помощью которого отдельные вещества отделяются, превращаются в пар и затем конденсируются. Дистилляция позволяет разделить смесь жидкостей на её компоненты при условии, что у них достаточно сильно различаются температуры кипения. При нормальном атмосферном давлении вода закипает при 100?, этиловый спирт при 78,4?; следовательно, в парах, образующихся при нагревании водно — спиртовой смеси, содержится больше спирта. Когда весь спирт преобразуется в пар и затем конденсируется, в котле остаётся только вода. В полученном дистилляте спиртовая крепость оказывается выше, чем в породившей его смеси. Процесс перегонки выглядит так: сначала, по достижении определённой температуры, начинают образовываться пары, которые поднимаются в котле. Попав на холодную крышку котла, они конденсируются и выпадают вниз в общую массу. Из паровой смеси, достигающей крышки котла, вода будет конденсироваться в большем объёме, чем спирт, поэтому в тех парах, которые уйдут в змеевик, спиртовая крепость будет выше, чем в парах, формирующихся внутри котла. Когда по ходу дистилляции «шлем», то есть крышка котла, прогревается, на нём больше не происходит конденсация спиртовых паров.

Полученный таким образом водный раствор этанола подвергается ректификации.

Ректификация — процесс разделения жидких летучих смесей на компоненты или группы компонентов (фракции) путём многократного двустороннего массои теплообмена между противоточно движущимися паровыми и жидкостными потоками. Необходимое условие процесса ректификации — различная летучесть отдельных компанентов.

Ректификацию обычно осуществляют в аппарате, представлюящем собой колонну, оборудованную дополнительными аппаратами: кипятильником (кубом) и конденсатором (дефлегматором). Собственно колонна имеет вид вертикально установленной конструкции с круглым или реже прямоугольным сечением.

Процесс ректификации происходит в условиях взаимодействия потока жидкости, стекающей вниз по колонне, и пара, поднимающегося вверх. При таком контакте пара и жидкости происходит обогащение пара легкокипящими компонентами смеси и, соответственно, обогащение жидкости тяжелокипящими компонентами. Производство пара в колонне обеспечивается кипятильником колонны, и его количество определяется интенсивностью обогрева кипятильника. Пар, поднимающийся в колонне и выходящий с её верха, конденсируется в конденсаторе. Получаемый конденсат частично отбирается как верхний продукт ректификации, а остающаяся часть возвращается на верх колонны для её орошения в целях создания противоточного контакта пара и жидкости. [4, c 70−71]

В результате получают спирт этиловый ректификованный технический с содержанием этанола не менее 96,2% об. В России такой спирт вырабатывается по ГОСТ 183 000– — 87 на гидролизных и биохимических предприятиях.

При получении этанола из пищевого сырья используются такие растительные продукты, как зерно, картофель, сахарный тростник, кукуруза и др., содержащие крахмал или углеводы. Сущность метода заключается в сбраживании этих продуктов при помощи бактерий, перерабатывающих углеводы в этанол. В соответствующих районах тропиков с одного гектара посевов сахарного тростника можно получить свыше 4000 л. этанола.

По ориентировочным оценкам ВНИИ НП мощности по производству этанола в России, который может быть использован в составе бензинов, составляют около 320 тыс.т. (около 1% от объёма производства бензина), в том числе 2000 тыс.т. гидролизного и 120 тыс. т синтетического этанола. [3, с. 145- 152].

2. Эксплуатационные свойства и показатели их оценивающие: Чистота дизельного топлива

Дизельное топливо — это нефтяная фракция, основу которой составляют углеводороды с температурами кипения в пределах от 200 до 350. Дизельное топливо — прозрачная, более вязкая, чем бензин, жидкость. Его окраска зависит от содержащихся смол и меняется от жёлтого до светло — коричневого цвета.

Топливная аппаратура современных дизельных автомобилей предъявляет высокие требования к чистоте применяемых топлив. В них не должно содержаться механических примесей и воды.

При транспортировке, хранении и заправке велика вероятность попадания в топливо механических примесей. Это может быть атмосферная пыль и влага, продукты коррозии, микроорганизмы. Размеры их частиц в дизельном топливе обычно достигают 50 — 60 мкм, и состоят они на 30 — 70% из неорганической части и на 30 — 70% из органической. Существует прямая зависимость между содержанием примесей и запылённостью воздуха сезонной эксплуатации. Содержание примесей может колебаться от нескольких граммов до 400 г. на 1 т. топлива. При работе дизеля в условиях сильного запыления воздуха содержание механических примесей в топливном баке к моменту его выработки в 2 — 3 раза больше, чем в момент заправки.

В эксплуатации от 30 до 95% отказов дизелей происходит из — за системы питания. Причина половины отказов систем питания двигателей — загрязнение топлива. Особенно опасны загрязняющие примеси для дизелей, где прецизионные пары — плунжер и гильза, игла и распылитель — имеют очень высокую чистоту поверхности и малую величину диаметрального зазора. Абразивное изнашивание прецизионных пар увеличивает зазор между гильзой и плунжером, в результате чего снижается давление впрыска, возрастает утечка топлива и снижается качество его распыления. Примеси, попадая под иглу форсунки, нарушают плотность посадки иглы на седло распылителя,

вызывают подтекание топлива и дымление дизеля. Твердые частицы примесей, проходя с большой скоростью через сопла форсунок, царапают их, что ведёт к изменению их формы и размеров.

В соответствии с ГОСТ 305– — 82 массовое содержание механических примесей и воды в топливе для быстроходных дизелей должно быть равно 0. Однако в соответствии с чувствительностью метода оценки содержания механических примесей (ГОСТ 6370 — 83) и воды (ГОСТ 2477 -65) за отсутствие загрязнений принимается содержание механических примесей до 0,005% и воды до 0,03% масс.

Чистоту топлива оценивают коэффициентом фильтруемости по ГОСТ 19 006– — 73, он характеризует присутствие в топливе всех видов загрязнений и представляет собой отношение времени фильтрования через фильтр из бумаги БФДТ при атмосферном давлении десятой порции фильтруемого топлива к первой. Коэффициент фильтруемости определяется на специальном приборе. На приборе определяют отношение времени фильтрования последних 2 мл. (десятой порции) ко времени фильтрования первых 2 мл. Для топлив ДЛ, ДЗ, ДА, УФС, РФС не должен превышать 3. Для дизельного экологически чистого топлива ДИТО — ЭЛ, ДИТО — ЭЗ не должен превышать 2.

Вода может находиться в дизельном топливе в виде эмульсии и отстоявшегося слоя. Растворяется вода в незначительных количествах (при 20всего 0, 005% по массе) и не влияет на прокачивание. Однако в зимнее время выделяющиеся частицы льда оказываются в топливе в устойчиво взвешенном состоянии, что при пуске холодного двигателя может прервать подачу топлива (забивание фильтров).

Если в топливо попала вода, то при его перекачивании из-за интенсивного перемешивания жидкости центробежными или лопастными насосами образуется эмульсия. Частицы воды из неё оседают очень медленно, особенно в холодное время года. Хотя подача топлива при этом не прерывается, как это случается при наличии слоя воды в топливном баке, тем не менее водная эмульсия опасна возникновением коррозии.

Вода в основном ухудшает смазывающие свойства топлива и, видимо, вызывает кавитационные явления. Всё это проявляется практически только на износе направляющей иглы распылителя и в нарушении её подвижности. Однако это вполне достаточно, чтобы нарушить нормальный процесс впрыска топлива.

Содержание воды в нефтепродуктах до 0,025% включительно принято называть следами. Однако даже такое её количество допустимо только в летних видах дизельного топлива. Заметно снизить загрязнение и уменьшить содержание воды в дизельном топливе можно лишь при длительном (10 суток и более) оттаивании его в складской таре и заборе топлива из верхних слоёв.

Вышеперечисленные отрицательные последствия загрязнения топлива можно свести к минимуму его очисткой на различных этапах поступления к камере сгорания, особенно на топливораздаточных колонках и в системе питания двигателя.

Для предотвращения загрязнения топлив в период транспортировки, хранения и выдачи потребителям предусмотрена система герметизации топливных емкостей и фильтрации топлива при перекачках. Непосредственно на автомобилях, тракторах и других видах техники предусмотрена многоступенчатая очистка топлива: предварительная — в топливном баке, грубая — в фильтрах грубой очистки, окончательная — в фильтрах тонкой очистки. На топливных баках в крышках горловин помещают различные фильтры для очистки воздуха, поступающего в топливный бак от примесей.

Наиболее распространённым материалом фильтрующей перегородки в фильтре тонкой очистки дизельного топлива является высокопористая бумага, пропитанная смолами. Такой фильтр имеет относительно небольшую стоимость и обеспечивает необходимую очистку топлива.

Следует отметить, что для повышения надёжности топливной аппаратуры всё большее внимание наряду с очисткой топлива от механических примесей уделяется обезвоживанию топлива и снижению вредного воздействия смол. В связи с этим к фильтрующим элементам добавляют водоотделяющие или водоотталкивающие ступени. В зарубежной практике встречаются топливо — раздаточные колонки с фильтрами, обладающими водоотделяющими свойствами. [5, с. 85 — 97].

3. Система классификации и маркировки тормозных жидкостей

Тормозные жидкости служат для передачи энергии к исполнительным механизмам в гидроприводе тормозной системы автомобилей.

Ассортимент выпускаемых тормозных жидкостей по характеру основы можно подразделить на жидкости на основе минеральных масел, гликолевые и силиконовые.

К первой группе, на основе минеральных масел, в первую очередь относят касторовые жидкости. Касторовые жидкости представляют собой смесь, состоящую из рафинированного касторового масла и бутилового (БСК) или амилового (АСК) спирта. Кроме того, к жидкости добавляют краситель, придающий ей красный цвет.

Гидротормозные жидкости на касторовой основе обладают весьма хорошими смазочными свойствами. В то же время у них невысокие вязкостно — температурные свойства, физическая и химическая стабильность. При отрицательных температурах значительно возрастает вязкость. Начиная с — 15… — 17возможно выпадение кристаллов касторового масла, нарушающих работу гидропровода, а при температуре — 30… — 40 может наступить застывание жидкости.

При повышенных температурах происходит испарение спирта, из-за чего увеличивается вязкость и повышается температура застывания жидкости.

Касторовую гидротормозную жидкость рекомендуется использовать всесезонно для автомобилей, эксплуатируемых в средней полосе России при температуре до — 20. Срок её хранения не более одного года.

К касторовым тормозным жидкостям относится жидкость БСК. Жидкость БСК представляет собой смесь 50% бутилового спирта, 50% рафинированного касторового масла и органического красителя красного цвета. Имеет хорошие смазывающие свойства, но неудовлетворительные низкотемпературные свойства. Жидкость работоспособна при температуре окружающего воздуха от — 20 до + 30?. Кроме того БСК имеет низкую температуру кипения (115°) поэтому она не в состоянии обеспечить надёжную работу тормозов автомобилей на режимах с интенсивным движением. В летний период эксплуатации возможно образование паровых пробок. Применяют БСК в гидроприводе тормозов и сцеплений старых моделей автомобилей.

Гликолевые тормозные жидкости «Нева», «Томь» и «Роса» состоят из смеси гликолей, воды, ингибиторов коррозии и антиокислителя. Они светло — жёлтого цвета, обладают хорошими низкотемпературными, вязко — температурными свойствами и высокой температурой кипения — соответственно 190, 205 и 260. Гликолевые тормозные жидкости можно применять для всех видов автомобилей, кроме тех, резина манжет которых могла бы быть подвергнута ускоренному разрушению.

Жидкость «Нева» — основными компонентами являются гликолевый эфир (этилкарбитол)и полиэфир (полиоксилпропиленгликоль) с добавлением вязкостной и противокоррозионных присадок. Она обеспечивает надёжную работу в интервале от + 45 до — 45 ?. При увлажнении снижается температура кипения и увеличивается вероятность образования паровых пробок, повышается коррозионная агрессивность к металлам. Жидкость применяется всесезонно во всех климатических зонах, кроме районов Крайнего Севера. Срок службы — не более одного года.

Жидкость «Томь» разработана взамен жидкости «Нева». Основные компоненты — концентрированный гликолевый эфир, полиэфир, бораты (для повышения эксплуатационных свойств) с добавлением загустителей; содержит антикоррозионные присадки. Имеет лучшие эксплуатационные свойства, чем «Нева», более высокую температуру кипения (200?). Совместима с «Невой» при смешивании в любых соотношениях.

Жидкость «Роса» разработана для новых моделей легковых и грузовых автомобилей. Основной компонент — борсодержащий полиэфир; содержит антикоррозионные и антиокислительные присадки. Жидкость имеет высокие значения температуры кипения (260?) и температуры кипения «увлажнённой» жидкости (165?). Это обеспечивает надёжную работу тормозной системы при тяжёлых эксплуатационных режимах и позволяет улучшить срок службы жидкости до 3 лет.

Зарубежными аналогами жидкостей «Нева» и «Томь» являются жидкости, соответствующие международной классификации DOT — 3 с температурой кипения более 205 ?, а аналогом жидкости «Роса» — является жидкость DOT — 4 с температурой кипения более 230 ?.

Жидкость ГТЖ — 22 М состоит из смеси гликолей, воды и антикоррозионных присадок. Окрашена в зелёный цвет. По показателям близка к «Неве», но обладает худшими антикоррозионными и вязкостно — температурными свойствами.

Силиконовые тормозные жидкости изготавливаются на основе кремний — органических полимерных продуктов. Их вязкость мало зависит от температуры, они инертны к различным материалам, не абсорбируют влагу, однако их недостаток высокая сжимаемость и худшие смазывающие свойства, что ограничивает их применение. К нежелательным последствиям применения силиконовых жидкостей относят накопление воды в свободном виде, которая выпаривается при нагревании жидкости свыше 100 и замерзает при охлаждении её ниже, с последующим образованием пузырьков, препятствующих работе тормозной системы.

К группе силиконовых жидкостей относится DOT — 5. Тормозная жидкость тёмно — красного цвета на силиконовой основе. Температура кипения не менее 260?, «увлажнённой» не менее 180?. Кинематическая вязкость при температуре? 40? не более 900 мм² /с, при температуре + 100? не более 1,5 мм² /с. [2, c 72 -73; 5, c 334 — 338].

4. Характеристика эксплуатационных (конструкционных) материалов

АИ — 91 — Бензин автомобильный. Октановое число по исследовательскому методу не менее 91. [2, с. 25 — 26].

ВР SAE 75 W — 90, API CL — 4. — трансмиссионное масло; производитель — ВР; всесезонное; минимальная температура достижения динамической вязкости 150 мПа-с — 40; кинематическая вязкость не менее 4,2 /с (75 W) и от 13,5 до 24 /с (90). С высоким содержанием присадок. Применяются предпочтительно в ступенчатых коробках передач и рулевых механизмах, в главных передачах и гипоидных передачах с малым смещением. Гипоидные передачи, работающие в условиях высоких скоростей при малых крутящихся моментах и малых скоростей при больших крутящихся моментах. [2, с. 38 — 39].

М — 10 — - моторное масло, 10 класс кинематической вязкости (вязкость от 9,3 до 11,5 /с при 100).Масло предназначено для среднефорсированных дизелей, предъявляющих повышенные требования к антикоррозионным, противоизносным свойствам масел и способности предотвращать образование высокотемпературных отложений. [5, с. 218 — 220].

X На 2/9 — 2 — Химически стойкая пластичная смазка, применяемая в узлах трения, имеющими контакт с агрессивными средами, тип загустителя — натриевый, работоспособна в интервале -20 до 90, условная характеристика густоты смазки — 2 — вазелинообразная. [5, с. 297 — 299].

Заключение

В ходе выполнения контрольной работы мною были рассмотрены следующие вопросы:

1 Технология получения спиртового топлива (более подробно рассмотрена схема процесса получения этанола методом гидролиза концентрированными кислотами, нейтрализации и брожения).

2 Чистота дизельного топлива, влияние показателя чистоты на работу автомобиля.

3 Система классификации и маркировки тормозных жидкостей.

4 Дана краткая характеристика материалам, маркировка которых выдана в задании.

1 М. А. Бойкачев, В. Д. Чижонок «Эксплуатационные материалы. Ч. 1: Моторные топлива: Пособие для студентов транспортных специальностей». — Гомель: БелГУТ, 2004.

2 М. А. Бойкачев «Эксплуатационные материалы. Ч. 2: Смазочные материалы и технические жидкости: Пособие для студентов транспортных специальностей». — Гомель: УО «БелГУТ», 2004.

3 В. Е. Емельянов, И. Ф. Крылов «Автомобильный бензин и другие виды топлива. Свойства, ассортимент, применение». — Москва. Астрель — АСТ. Профиздат, 2005 г.

4 А. А. Кухаренко, А. Ю. Винаров «Безотходная биотехнология этилового спирта» — Москва. Энергоатомиздат, 2001 г.

5 Л. С. Васильева «Автомобильные эксплуатационные материалы» — Москва. «Наука — Пресс», 2004 г.

6 П. А. Колесник, В. А. Кланица «Материаловедение на автомобильном транспорте» — Москва. ACADEMA, 2005 г.

7 http: // velo 100.org/ technics/ dot₃_5₅.1