Эксплуатационные свойства технических жидкостей. Содержание введение глава охлаждающие жидкости глава тормозные жидкости глава амортизаторные жидкости глава гидравлические масла глава пусковые жидкости заключение список литературы введение химмотология
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..2 ГЛАВА 1. ОХЛАЖДАЮЩИЕ ЖИДКОСТИ………………………………3 ГЛАВА 2. ТОРМОЗНЫЕ ЖИДКОСТИ……………………………………12 ГЛАВА 3. АМОРТИЗАТОРНЫЕ ЖИДКОСТИ………………………..…18 ГЛАВА 4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАСЛА…………………………………20 ГЛАВА 5. ПУСКОВЫЕ ЖИДКОСТИ………………………………...……23 ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………..26 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………27 ВВЕДЕНИЕ Химмотология – прикладная техническая наука об эксплуатационных свойствах, показателях качества и рациональном применении топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей в технике. Эксплуатационное свойство – объективная особенность жидкости, которая может проявляться в процессе производства, транспортирования, хранения, испытания и применения в технике. Показатель качества продукции – количественная характеристика одного или нескольких свойств продукции, входящих в ее качество, рассматриваемая применительно к определенным условиям ее создания и эксплуатации или потребления. Каждое эксплуатационное свойство жидкости характеризуется набором определенных показателей качества. Эксплуатационные свойства и показатели качества образуют систему показателей качества. Наряду с топливом, маслом и смазками в современных автомобилях и транспортно-технологических машинах широко используются технические жидкости (для охлаждения двигателей, обеспечения торможения и амортизации во время движения, приведения в действие механизмов, силовых агрегатов и т.п.). Технические жидкости должны отвечать многообразным требованиям, поэтому для их приготовления используются многочисленные химические и синтетические соединения: гликоли, углеводороды, спирты, глицерин, эфиры и др. В зависимости от назначения и свойств технические жидкости подразделяются на охлаждающие, тормозные, для гидравлических систем, амортизаторные и пусковые. Производятся также промывочные и очистительные жидкости – это этиловый спирт, очистители стекол, различные моющие средства и др. ГЛАВА 1. ОХЛАЖДАЮЩИЕ ЖИДКОСТИ Часть тепла, выделяющегося в процессе сгорания топлива в двигателе, идёт на нагревание деталей двигателя. При этом из-за очень высоких температур стенок камеры сгорания теряется мощность двигателя, так как ухудшается наполнение цилиндров. Кроме того, ухудшаются условия смазывания, появляется детонация, калильное зажигание, усиленное нагаро- и лакообразование, повышенное трение и изнашивание деталей и т.д. Чтобы предотвратить перегрев деталей, их охлаждают. Система охлаждения двигателя в зависимости от его быстроходности и мощности отводит 15…35 % теплоты, образующейся при сгорании топлива. В бензиновых и газовых двигателях доля отводимой теплоты больше, чем в дизелях. Система охлаждения может быть воздушной или жидкостной. Наибольшее распространение на автомобильных двигателях получили жидкостные системы охлаждения. В двигателях внутреннего сгорания в блоке и головке блока цилиндров между двойными стенками находится рубашка системы охлаждения, заполняемая жидкостью. Охлаждающая жидкость отводит тепло от стенок и отдаёт тепло воздуху, проходящему через радиатор. При этом охлаждающая жидкость циркулирует в замкнутом пространстве системы охлаждения, нагреваясь в блоке и головке цилиндров и охлаждаясь в радиаторе. Для обеспечения нормальной работы двигателя охлаждающая жидкость должна удовлетворять определённым требованиям. Основными из них являются следующие: минимальная температура замерзания; максимальная температура кипения; минимальный коэффициент объёмного расширения; минимальная вязкость; отсутствие воспламеняемости; отсутствие вспенивания; физическая и химическая стабильность; не должна вызывать изменения свойств конструкционных материалов; высокие теплоёмкость и теплопроводность. Жидкостей, удовлетворяющих всем этим условиям одновременно, нет. Наибольшее распространение получили вода и антифризы. Вода. Достоинства воды: доступность; безопасность (пожарная и взрывная); безвредность (отсутствие токсичности); высокая удельная теплоёмкость 4,19 кДж/(кг К). Недостатки воды: высокая температура замерзания ( 0 °С); увеличение объёма образующегося льда по сравнению с объёмом жидкости на 10 % при замерзании; низкая температура кипения (100 °С); способность образования отложений. В результате второго недостатка при низких температурах окружающего воздуха давление на стенки может возрасти до 250 МПа, что приводит к разрушению элементов системы охлаждения. Для частичного устранения третьего недостатка систему охлаждения герметизируют, устанавливая на пробке радиатора два клапана: воздушный и паровой. Благодаря этому температура кипения воды в системе охлаждения несколько увеличивается (≈119 °С), кроме того, позволяет увеличить температурный перепад в системе охлаждения и тем самым повысить эффективность теплообменных процессов. В результате можно снизить количество охлаждающей жидкости, уменьшить потребную поверхность радиатора и сократить теплопотери в охлаждающую жидкость. Накипью называют плотные отложения, образующиеся на нагретых стенках системы охлаждения. Она состоит из выделившихся из воды солей кальция и магния, взвешенных продуктов коррозии и механических загрязнений. Шламом называют илоподобные частицы и элементы разрушения накипи минерального или органического происхождения, скапливающиеся в застойных полостях рубашки охлаждения и в нижнем бачке радиатора. Образование отложений в системе охлаждения ухудшает теплоотдачу стенок рубашки системы охлаждения на 40 %, так как накипь имеет низкую теплопроводность и уменьшает сечение трубок радиатора и всех проходных сечений. Как следствие, двигатель перегревается, что ведёт к увеличению расхода топлива. Отложения в системе охлаждения образуются в виде накипи и шлама. Соли кальция и магния придают воде свойство, называемое жёсткостью воды, которое измеряется в мг-эквивалентах солей на 1 л воды. Жёсткость воды 1 мг-экв/л означает, что в воде содержится 20,04 мг/л ионов кальция или 12,16 мг/л ионов магния. Мягкой вода считается при содержании в ней солей до 4 мг-экв/л (< 3 моль/м³), средней – при 8 мг-экв/л (3…6 моль/м³), жёсткой – при 8 мг-экв/л (> 6 моль/м³). Принято считать атмосферную воду (дождь, снег) мягкой, речную и озёрную – средней, колодезную и ключевую – жёсткой. Различают жёсткость временную, постоянную и общую. Временная жёсткость характеризует содержание в воде в основном двух соединений – бикарбоната кальция Ca(HCO3)2 и бикарбоната магния Mg(HCO3)2. Эти соли находятся в воде только при наличии в ней некоторого количества свободной углекислоты. При кипячении свободная углекислота удаляется, и соли временной жёсткости распадаются на карбонаты, выпадающие в осадок, и диоксид углерода, уходящий в атмосферу: Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 +H2O; Mg(HCO3)2 → MgCO3 + CO2 +H2O. Таким образом, при кипячении бикарбонаты удаляются из воды, поэтому обусловленную их присутствием жёсткость называют временной, то есть устранимой. Перед заливкой воду можно прокипятить и заливать в радиатор после фильтрования. При отсутствии такой обработки соли временной жёсткости выпадают в накипь при первом же закипании в радиаторе. При этом происходит снижение временной жёсткости, поэтому не следует часто менять воду в системе охлаждения. Постоянная жёсткость определяется присутствием в воде более стойких солей: сульфатов (гипс CaSO4, MgSO4), хлоридов (CaCl2, MgCl2), силикатов CaSiO3, Mg SiO3 и др. Эти соединения при кипячении не разлагаются и не выпадают в осадок, если их концентрация не превосходит предел насыщения. Такие условия создаются при испарении части воды. Гипс, в отличие от большинства минеральных солей, обладает отрицательной растворимостью: при повышении температуры растворимость гипса в воде уменьшается и его избыток выпадает в виде накипи. Присутствие гипса в накипи придаёт ей прочность и жёсткость. Общей жёсткостью называют сумму временной и постоянной жёсткости. Воду средней и высокой жёсткости перед использованием в системах охлаждения рекомендуется «умягчать». Простейший способ умягчения – кипячение воды с последующей фильтрацией. Другой способ – добавление соды и гашёной извести, что приводит к выпадению в осадок соединений кальция и магния с последующей фильтрацией. Наиболее эффективный способ фильтрация воды через катионитовые фильтры. Катиониты – это вещества, способные вступать в ионообменную реакцию с растворёнными в воде солями. Они поглощают из воды ионы щелочноземельных элементов. Снизить жёсткость воды можно также путём её магнитной обработки. При прохождении воды через магнитное поле растворённые в ней соли выделяются в виде хлопьев. Затем воду фильтруют. Вещества, называемые антинакипинами, позволяют предотвратить образование накипи обработкой воды непосредственно в системе охлаждения. Их особенно необходимо добавлять в полевых условиях при отсутствии «мягкой» воды. Соли, находящиеся в воде, при добавлении антинакипинов переходят в рыхлое состояние или удерживаются в виде перенасыщенного раствора. К антинакипинам относятся гексаметафосфат натрия (NaPO3)6, хромпик K2Cr2O7, ортофосфат натрия Na3PO4 12H2O и др. Воду, предназначенную для системы охлаждения, необходимо предохранять от попадания в неё нефтепродуктов. Эти вещества уменьшают теплопроводность накипи и, следовательно, усугубляют её вред. Кроме того, они вызывают вспенивание воды и её выброс из системы охлаждения. Из системы охлаждения шлам можно удалить многократной поочерёдной промывкой водой и продувкой сжатым воздухом. Для удаления накипи используют растворы веществ, обеспечивающих разрушение нерастворимых в воде солей накипи. Соли временной жёсткости удаляют кислыми растворами, постоянной – щелочными. Все составы для удаления накипи, как и вода, оказывают коррозионное воздействие на металлы, особенно цветные. Отложение накипи герметизирует систему охлаждения. Поэтому после её удаления, как правило, появляется течь в системе охлаждения. При удалении накипи из системы охлаждения удаляют термостат, затем заливают раствор и выдерживают его в соответствии с инструкцией. После этого двигатель запускают и дают поработать 10…20 мин. После остановки двигателя раствор из него сливают и промывают систему охлаждения 2…3 раза водой. Для предотвращения коррозии промывку рекомендуется проводить 1%-ным раствором хромпика. Антифризы. Технические требования на антифризы изложены в ТТМ 1.97.0717-2000 и ТТМ 1.97.0731-99. Антифризы необходимо заливать в систему охлаждения двигателя при температурах окружающего воздуха ниже 0 0С, так как вода при низких температурах замерзает и в значительной степени увеличивает объём. В качестве антифризов используют смеси воды со спиртами, воды с глицерином, смеси углеводородов. Наибольшее распространение получили смеси на основе двухатомного спирта-этиленгликоля (СН2ОН-СН2ОН). Этиленгликоль – это прозрачная бесцветная вязкая жидкость без запаха. Кипит этиленгликоль при 197 °С, застывает при –11,5 °С. Однако смеси этиленгликоля с водой застывают при более низких температурах. Меняя соотношение воды и этиленгликоля, можно получить смеси с температурой застывания от 0 до –70 °С. Понижение температуры замерзания водно-этиленгликолевого раствора при увеличении количества воды объясняется появлением гидрата этиленгликоля, обладающего низкой температурой застывания. Минимальная температура замерзания раствора –73 °С при содержании 33 % воды. Дальнейшее увеличение количества воды ведёт к росту температуры замерзания. Поскольку вода и этиленгликоль имеют разную плотность, а при их смешении плотность изменяется аддитивно, оказалось возможным по плотности предсказать температуру застывания антифриза. На рис. 1 показан график замерзания водно-гликолевой смеси в зависимости от концентрации. В связи с тем, что этиленгликоль оказывает коррозионное действие на металлы, в состав антифризов вводят антикоррозионные присадки: 1г/л декстрина (для защиты алюминия, меди, свинцовоолового припоя), 2,5…3,5 г/л динатрийфосфата (для защиты стали, чугуна, латуни, меди). Для предотвращения вспенивания в состав антифриза вводят антипенные присадки. При испарении водных растворов этиленгликоля пар содержит значительно больше воды, чем этиленгликоля, поэтому в условиях эксплуатации от испарения теряется практически только вода. Из-за большого коэффициента объёмного расширения при нагревании до рабочей температуры объём этиленгликолевых жидкостей увеличиваетсяна6…8 %. При застывании объём образующейся кашеобразной массы увеличивается очень незначительно и размораживания системы охлаждения не происходит.  Рис. 1. Температура замерзания водно-гликолевой смеси Характерные особенности этиленгликолевых антифризов: 1.Увеличение на 6…8 % объёма при рабочей температуре. 2.Теплопроводность, теплоёмкость и плотность антифризов при равных температурах примерно на 15 % ниже этих показателей для воды. Отсюда температурный режим двигателя, охлаждаемого антифризом, выше, чем при охлаждении водой. Например, температура поршня возрастает на 10…15 °С. Это может привести к некоторому снижению мощности, экономичности и детонации при высоких температурах окружающего воздуха. 3.Из-за более высокой температуры кипения и низкого давления насыщенных паров этиленгликоля по сравнению с водой при эксплуатации двигателя выкипает прежде всего вода. Поэтому при уменьшении жидкости в системе охлаждения из-за испарения необходимо добавлять воду. 4.Антифризы по сравнению с водой обладают более высокой подвижностью и проницаемостью. Поэтому к системе охлаждения с антифризом предъявляются более высокие требования по герметичности. 5.При замерзании антифризы образуют рыхлую массу с незначительным увеличением объёма. Поэтому механические повреждения систем охлаждения при замерзании антифриза исключены. 6.Антифризы разрушают детали, изготовленные из некоторых сортов резины. Наибольшее распространение получили низкозамерзающие жидкости 40, 65, а также тосолы А-40 и А-65. В других литературных источниках их обозначают ОЖ-40, ОЖ-65. В Российской Федерации ГОСТ 28084-89 «Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Общие технические условия» нормирует основные показатели охлаждающих жидкостей на основе этиленгликоля (концентрата, ОЖ-40, ОЖ-65). Жидкость марки 40 представляет собой смесь 53…56 % этиленгликоля и 44…47 % воды и имеет температуру застывания не выше – 40 °С и плотность 1 065…1 085 кг/м³. Жидкость марки 65 содержит 64…66 % этиленгликоля и 34…36 % воды, имеет температуру застывания не выше – 65 °С и плотность 1 085…1 100 кг/м³. Иногда, кроме вышеназванных присадок, в жидкости добавляют молибденовокислый натрий, что улучшает их антикоррозионные свойства в отношении цинковых и хромовых покрытий. Такие антифризы имеют индексы 40М и 60М. Кроме того, выпускают «Тосол-А» (ОЖ-К), представляющий собой концентрированный этиленгликоль с присадками и плотностью 1 100…1 150 кг/м³. Пользоваться им можно только после разведения дистиллированной водой. Смесь «Тосола-А» и воды в соотношении 1:1 имеет температуру начала кристаллизации– 35 0С. Кроме тосола, выпускают низкозамерзающую жидкость «Лена» с такими же характеристиками. Тосол имеет голубой цвет, «Лена» –жёлто-зелёный. Смешивать их при эксплуатации можно. Плотность низкозамерзающих жидкостей измеряют гидрометром, показывающим плотность и температуру застывания. С течением времени присадки в антифризе подвергаются распаду, вследствие чего качество антифриза ухудшается. Поэтому срок эксплуатации антифриза 2 года, или 60 тыс. км пробега, при интенсивной эксплуатации. Этиленгликоль и его растворы токсичные вещества, при попадании в желудочно-кишечный тракт вызывают отравление с поражением центральной нервной системы и органов кровообращения. Высококипящие охлаждающие жидкости. Для охлаждения высокофорсированных двигателей используют жидкости с температурами кипения выше 100 °С. Такие жидкости состоят из смеси высокомолекулярных спиртов, гликолей и эфиров, выкипающих при температуре 110…120 °С. Их применение позволяет уменьшить теплопотери в систему охлаждения и интенсифицировать процесс теплопередачи, что приводит к уменьшению поверхности радиатора и мощности, затрачиваемой на привод насоса системы охлаждения. Основные свойства этих жидкостей приведены в табл. 1. Общепринятых классификаций охлаждающих жидкостей, как, например, у моторных или трансмиссионных масел, не существует. Официальные представления моторостроителей сильно отличаются от требований по некоторым пунктам и одним качеством для всех типов двигателей их перекрыть нельзя. Таблица 1 Свойства охлаждающих жидкостей  Охлаждающие жидкости можно разбить на три основные группы: Basic – основные; средства, не содержащие нитритов. Кроме того, в них могут отсутствовать амины и/или фосфаты; средства, не содержащие силикатов. Кроме того, в них могут отсутствовать амины и/или фосфаты, и/или нитриты. Технические требования к зарубежным концентратам охлаждающих жидкостей для легковых автомобилей и лёгких грузовиков отражены в стандарте ASTM D 3306 «Технические условия для охлаждающей жидкости на основе этиленгликоля для автомобиля с лёгкими условиями эксплуатации», для грузовых автомобилей и тяжёлой техники в ASTM D 4985 «Технические условия для охлаждающей жидкости на основе этиленгликоля с низким содержанием силиката для двигателей с тяжёлыми условиями эксплуатации» и требуют начального введения дополнительной добавки к охлаждающей жидкости Supplemental Coolant Additive (SCA). Национальные стандарты на охлаждающие жидкости: ГОСТ 28084-89 (Российская Федерация); BS 6580: 1992 (Великобритания); SAE J 1034 (США); ASTM D 3306 (США); ONORM V5123 (Австрия); AFNOR NF R15-601 (Франция); CUNA NC956 16 (Италия); JIS K2234 (Япония). Кроме общих стандартов, многие изготовители автомобилей применяют свои спецификации с дополнительными требованиями, например: нормы General Motors USA Antifreeze Concentrate GM 1899- M, GM 6038-M; система нормативов G концерна Volkswagen: G 11 для легковых автомобилей или легких грузовиков (присадки неорганические, допускается присутствие силикатов); G 12 для тяжелой техники или новой автотехники (присадки органические, включают карбоксилатные соединения, силикаты отсутствуют). Антифризы по составу антикоррозионных присадок делятся на карбоксилатный, гибридный и традиционный типы. Традиционные антифризы в качестве ингибиторов коррозии содержат неорганические вещества – силикаты, фосфаты, бораты, нитриты, амины, нитраты и их комбинации. Они обозначаются терминами «Traditional coolants» или «Conventional coolants». Тосол и его многочисленные модификации относятся к традиционному типу антифризов. Традиционные антифризы считаются морально устаревшими, их не применяют на первой заправке автомобилей, они в основном вышли из употребления. Это связано с тем, что неорганические ингибиторы имеют небольшой (не более 2 лет) срок службы и не выдерживают высоких (более 105 °C) температур. Силикаты в процессе эксплуатации покрывают всю внутреннюю поверхность системы охлаждения силикатным слоем, что ухудшает теплообмен и снижает эффективность охлаждения двигателя. При высокой температуре силикаты способны превращаться в гелеобразные отложения, забивающие узкие каналы системы охлаждения. Гибридные антифризы содержат и органические, и неорганические ингибиторы (обычно силикаты или фосфаты). Обозначаются такие антифризы термином «Hybrid coolants». Карбоксилатные антифризы содержат ингибиторы коррозии на основе органических (карбоновых) кислот. В литературе они обозначаются как «OAT coolants» (Organic Acid Technology). Карбоксилатные ингибиторы не образуют защитного слоя по всей поверхности системы, адсорбируются лишь в местах возникновения коррозии с образованием защитных слоёв толщиной не более 0,1 микрона. Карбоксилатный антифриз имеет больший срок службы (5 лет против 3 лет у гибридного и 2 лет у силикатного) и лучше защищает металлы от коррозии и кавитации, что обеспечивает оптимальное охлаждение двигателя. Начиная с 2008 г. появился новый вид антифризов, в которых органическая основа сочетается с небольшим количеством минеральных ингибиторов. Для них ещё не установлено общепринятого обозначения. Разработчики называют их «Lobrid coolants» и «SOAT coolants». Ниже приведён ассортимент некоторых зарубежных антифризов: COOLELF MDX –37°C – готовая для применения, разбавленная дистиллированной водой охлаждающая жидкость, изготовленная на основе моноэтиленгликоля и высококачественных ингибиторов коррозии. Не содержит аминов, нитритов и фосфатов. Применяется для всех систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Особенно рекомендуется для двигателей MAN, для всех двигателей MTU и «Mercedes-Benz». GLACELF MDX – охлаждающая жидкость (концентрат), изготовленная на основе моноэтиленгликоля и высококачественных ингибиторов коррозии. Не содержит аминов, нитритов и фосфатов. Применяется для всех систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Особенно рекомендуется для двигателей MAN, для всех двигателей MTU и «Mercedes-Benz». TOTAL COOLELF AUTO SUPRA –37 °C – готовая к употреблению «очень долговечная» на основе моноэтиленгликоля (MEG) и органических ингибиторов коррозии охлаждающая жидкость, применяемая во всех системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания легкового и грузового автотранспорта, автобусов, строительных машин и сельскохозяйственной техники. TOTAL GLACELF AUTO SUPRA – «очень долговечный» антифриз (концентрат) на основе моноэтиленгликоля (MEG) и органических ингибиторов коррозии. Его уникальная формула базируется на последних достижениях в области антикоррозионной защиты материалов (технология защищена несколькими патентами). GLACELF PLUS – охлаждающая жидкость (концентрат) продолжительного срока службы, изготовленная на основе моноэтиленгликоля и неорганических ингибиторов (силикатов). Содержит также органические ингибиторы, благодаря чему это продукт смешанных технологий. Применяется для всех систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания легковых и грузовых автомобилей, строительной и сельскохозяйственной техники. Нормативные документы часто запрещают вводить в антифриз ингибиторы коррозии, содержащие нитриты, нитраты, амины, фосфаты, и оговаривают предельно допустимые концентрации силикатов, буры и хлоридов. Нитрит-нитраты, взаимодействуя с аминами, образуют токсичные соединения, причём некоторые из них канцерогенные. Ограничение содержания фосфатов, силикатов, боратов уменьшает отложение накипи в системе охлаждения, увеличивает срок службы уплотнений насоса (меньше нерастворимых осадков), улучшает защиту от кавитационной коррозии. |