Автомобильные эксплуатационные материалы


СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Серия основана в 2001 году


В.А. Стуканов

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

2-е издание, переработанное и дополненное

Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по специальностям «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» и «Механизация сельского хозяйства»



Электронно-

znanium.com


Москва
ИД «ФОРУМ» - ИНФРА-М
2020

УДК 629.3.027(075.32)
ББК 39.33-08я723

     С88



      Рецензенты:
         начальник кафедры «Эксплуатация и ремонт» Воронежского военного авиационного инженерного института, канд. техн. наук В.П. Иванов;
         преподаватель Отраслевого автомобильного колледжа Мосавто-транса, действительный член Академии изобретательства РАЕН, академик И.С. Туревский

      Стуканов В.А.
С88 Автомобильные эксплуатационные материалы. Лабораторный практикум : учебное пособие / В.А. Стуканов. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2020. — 304 с. — (Среднее профессиональное образование).


          ISBN 978-5-8199-0722-1 (ИД «ФОРУМ»)
          ISBN 978-5-16-013485-7 (ИНФРА-М, print)
          ISBN 978-5-16-106139-8 (ИНФРА-М, online)


         Учебное пособие написано в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом последнего поколения. В нем изложены сведения по материалам, которые используются при эксплуатации и ремонте автомобильной техники. Рассмотрены физико-химические свойства и эксплуатационные качества материалов и предъявляемые к ним технико-экономические требования.
         Книга предназначена для студентов средних специальных учебных заведений, обучающихся по специальностям «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» и «Механизация сельского хозяйства», а также для работников автомобильной отрасли и широкого круга автолюбителей.


УДК 629.3.027(075.32)
ББК 39.33-08я723











ISBN 978-5-8199-0722-1 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 978-5-16-013485-7 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-106139-8 (ИНФРА-М, online)

© Стуканов В.А., 2014
© ИД «ФОРУМ», 2014

                Введение






   В настоящее время, когда во всем мире наблюдается рост цен на нефтепродукты, особенно острой становится проблема рационального расходования таких материалов, как топлива и масла.
   К эксплуатационным материалам, применяемым на автомобильном транспорте, относятся жидкие и газообразные топлива, смазочные и конструкционно-ремонтные материалы, а также специальные жидкости.
   Автомобильный транспорт использует значительную часть производимых продуктов переработки нефти и газа. В себестоимости автомобильных перевозок затраты на топливо и смазочные материалы составляют более 20 % и существенно зависят от уровня эксплуатации автотранспортной техники.
   Правильный выбор и рациональное использование эксплуатационных материалов во многом определяют надежность и долговечность техники, затраты на ее обслуживание и ремонт. Ошибка при выборе моторного масла может привести в лучшем случае к сокращению срока службы двигателя, в худшем — к его поломке.
   Выбор и правильное применение масла осложняются зачастую тем, что технической документацией на некоторые машины предусматривается большое число марок смазочных материалов. Поэтому унификация их и использование заменителей могут иметь большое значение для упрощения эксплуатации автомобильной техники.
   В автомобиле имеется большое число узлов и механизмов, где применяются пластичные смазки, разнообразие которых также предполагает грамотное их использование.
   Выбор смазочных материалов более высокого качества, чем требуется, ведет к неоправданному увеличению затрат. Применение же материала с более низкими качествами неизбежно приводит к сокращению срока службы автомобиля и перерасходу самого материала.
   Проблемы использования топлива и смазочных материалов настолько важны, что возникла наука — химмотология, которая

Введение

изучает свойства, качество и рациональное использование топлив и смазочных материалов в технике, устанавливает требование к топливам и смазочным материалам (ТСМ), что способствует разработке новых сортов, методов испытаний и унификации ТСМ.
   Слово «химмотология» (от греч. chemia — наука о веществе, лат. motor — двигатель и греч. logos — учение) в 1964 г. было предложено российским ученым профессором К. К. Папок, которое заменило понятие «применение горючих и смазочных материалов».
   В химмотологии эксплуатационные свойства нефтепродуктов рассматриваются в единой системе «горючесмазочные материалы — техника — эксплуатация» как результат физико-химических процессов.
   Для обеспечения надежной работы двигателей топливо должно обладать комплексом свойств, определяемых такими показателями, как испаряемость, воспламеняемость, горючесть, стабильность, коррозионная стойкость и др. На уровень эксплуатационных свойств топлива оказывают влияние следующие факторы: химический и компонентный составы топлива; конструкция двигателя (принцип работы и особенности устройства); условия эксплуатации (параметры рабочего процесса и внешние условия).
   Химмотологические исследования топлива, как на стадии разработки, так и при эксплуатации техники, позволяют создавать нефтепродукты с заданными эксплуатационными свойствами. Однако нередко при улучшении одного из свойств в силу их взаимосвязи изменяются эксплуатационные свойства топлива. Так, изменяя показатели фракционного состава топлива, мы влияем не только на испаряемость, но и на прокачиваемость, воспламеняемость, горючесть, склонность к отложениям. При повышении, например, детонационной стойкости бензина путем добавления антидетонатора, одновременно изменяются характеристики процесса сгорания, количество отложений на деталях двигателя, состав отработавших газов, стабильность бензина при хранении. Поэтому необходимо весьма осторожно относиться к рекламным рекомендациям по применению различных добавок к топливу для улучшения его отдельных эксплуатационных свойств.
   Химмотология изучает широкий круг вопросов относительно системы «ТСМ—техника—эксплуатация»:
   • расширение ресурсов ТСМ;
   • повышение эффективности применения ТСМ;
   • оптимизация эксплуатационных свойств ТСМ;

Введение

5

   • экономия ТСМ;
   • защита окружающей среды;
   • сохранение качества ТСМ;
   • методологическое обеспечение исследований и испытаний (в том числе контроля качества) ТСМ.
   Структурная модель химмотологической системы показана на рис. 1.


Рис. 1. Структурная модель системы «ТСМ—техника—эксплуатация»

   Основная задача химмотологии — рациональное применение ТСМ при эксплуатации техники. Эта наука занимает важное место в постановке научно-технических проблем (рис. 2) и призвана решать следующие задачи:
   • исследование процессов, протекающих при использовании ТСМ в технике;
   • научное обоснование требований к эксплуатационным свойствам ТСМ;
   • повышение эффективности применения ТСМ;
   • повышение химмотологической надежности техники;
   • совершенствование методов испытаний и контроля качества ТСМ;
   • моделирование и оптимизация химмотологических систем.
   В автотранспортной технике используют не только горючесмазочные материалы. Так, в современном автомобиле число деталей, в конструкции которых применяется резина, доходит до 500. Поэтому при эксплуатации автомобилей необходимо об-

Введение

Рис. 2. Место химмотологии в области решений научно-технических задач

ладать знаниями и о правильном использовании резинотехнических изделий, особенно дорогостоящих, таких, как автомобильные шины.
   Хорошее лакокрасочное покрытие не только придает автомобилю красивый внешний вид, но предохраняет его кузов от воздействия внешней среды и преждевременного разрушения. Постоянное воздействие снега, дождя, соли, а также песка и мелких камней приводит к старению и постепенному разрушению покрытия. Продолжительность службы кузова легкового автомобиля составляет в среднем 6 лет. Грамотная противокоррозионная обработка современными защитными материалами позволяет продлить этот срок до 12 лет и более.
   В книге для каждого вида материалов, применяемых при эксплуатации автомобилей, приведены физико-химические свойства и эксплуатационные качества, а также предъявляемые к ним технико-экономические требования.
   Эти и другие сведения, которые необходимы специалистам автомобильного транспорта для организации рационального использования материалов, позволяют решать конкретные задачи использования материалов как отечественного, так и зарубежного производства.

                1. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ТОПЛИВА






    Автомобильные топлива являются источником тепловой энергии, которая в двигателях внутреннего сгорания преобразуется в механическую энергию. Топлива бывают жидкие и газообразные. Жидкие топлива подразделяются на бензины и дизельные топлива, а газообразные — на сжиженные и сжатые. Основным источником получения жидких и газообразных топлив является нефть.


1.1. Нефть

    Нефть — маслянистая жидкость с характерным запахом, имеет цвет от светло-бурого до черного, немного легче воды и практически не растворяется в ней. Нефть находится в недрах Земли на различной глубине и заполняет свободное пространство между твердыми породами. Так как нефть представляет собой смесь различных углеводородов, ее плотность и температура кипения зависят от соотношений входящих в нее компонентов (фракционного состава). По плотности нефть подразделяется на «легкую» (0,65—0,70 г/см³) и «тяжелую» (0,98—1,05 г/см³). О содержания тех или иных углеводородов зависит и цвет нефти.
    Температура начала кипения нефти обычно выше 28 °C. Температура застывания колеблется от +30 до -60 °C и зависит в основном от содержания парафина (чем его больше, тем температура застывания выше). Теплоемкость нефти колеблется от 1,7 до 2,1 кДж/кг, теплота сгорания — от 43,7 до 46,2 МДж/кг. Вязкость изменяется в широких пределах и зависит от химического и фракционного состава и смолистости (содержания асфальтосмолистых веществ). Температура вспышки может колебаться от -35 до +120 °C в зависимости от фракционного состава и давления насыщенных паров.
    Нефть растворима в органических растворителях, в воде при обычных условиях практически нерастворима, но может образовывать с ней стойкие эмульсии.

1. Автомобильные топлива

   Почти вся добываемая в мире нефть, добывается посредством буровых скважин. Для подъема нефти на поверхность вместе с сопутствующими газами и водой скважина оборудована герметичной системой из стальных труб, рассчитанных на высокое давление, соизмеримое с пластовым давлением.
   Подъем нефти из скважин осуществляется либо путем естественного фонтанирования, либо с помощью насосов. Как правило, на начальной стадии разработки месторождения действует фонтанная добыча, но со временем давление падает и скважину переводят на механизированный способ добычи.
   Нефть можно классифицировать по различным характеристикам:
   1)  по содержанию серы:
      • малосернистые (до 0,5 %);
      • сернистые (0,5—2 %);
      • высокосернистые (свыше 2 %);
   2)     по содержанию фракций, выкипающих при температуре до 350 °C:
      • не менее 45 %;
      • от 30 до 44,9 %;
      • менее 30 %;
   3)  по содержанию масел:
      • не менее 25 %,
      • менее 25 %;
   4)  по индексу вязкости получаемого масла:
      • более 85;
      • от 40 до 85.

1.1.1. Химический состав нефти

   Нефть представляет собой сложную смесь жидких органических веществ, в которых растворены различные твердые углеводороды и смолистые вещества. Главными элементами нефти являются углерод и водород. Содержание углерода колеблется от 83,5 до 87 %, водорода — от 11,5 до 14 %. Также в нефти присутствуют сера, кислород и азот (в сумме не более 3 %).
   Основными компонентами нефти являются углеводороды, которые принадлежат к следующим гомологическим рядам:
   СₙН₂ₙ₊₂ — алканы (насыщенные углеводороды);
   СₙН₂ₙ — нафтены (алициклические углеводороды);
   СₙН₂ₙ6 — арены (ароматические углеводороды).

1.1. Нефть

9

   Нефтепродукты, содержащие большое количество алкановых углеводородов, характеризуются высокой стабильностью при хранении и в то же время высокой температурой застывания, поэтому в зимних сортах топлива и смазках количество алканов ограничено.
   Нафтеновые углеводороды имеют меньшую теплотворность по сравнению с алканами, но обладают большей детонационной стойкостью, поэтому их присутствие в бензинах желательно. Нафтены улучшают маслянистость и увеличивают вязкость смазочных материалов.
   Арены обладают высокой термической стабильностью и, следовательно, высокой детонационной стойкостью. Поэтому их присутствие желательно в бензинах, но не желательно в дизельном топливе. Поскольку арены имеют склонность к образованию нагара, в бензинах их содержание ограничивают до 40—45 %.
   Непредельных углеводородов в сырой нефти нет, они образуются в процессе ее переработки.
   Кроме углеводородов в нефти имеются кислородные, сернистые и азотистые соединения.
   Различные месторождения нефти имеют разные составы. Так, например, Бакинское месторождение богато циклопарафинами и сравнительно бедна предельными углеводородами. В нефти грозненского и ферганского месторождений значительно больше предельных углеводородов. Пермская нефть содержит ароматические углеводороды.
   В нефти кислородные соединения представлены карбоновыми кислотами, эфирами, фенолами и т. п. Основная их часть сосредоточена в высококипящих фракциях, начиная с керосиновой. Больше всего в нефтепродуктах нафтеновых кислот, которые могут вызывать коррозию металлов.
   Наличие сернистых соединений увеличивает расход топлива. Они оказывают вредное воздействие на окружающую среду. По фракциям переработки сернистые соединения распределены неравномерно. В остатках переработки их содержится до 90 %. Сернистые соединения подразделяются на активные и неактивные.
   К активным, взаимодействующим с металлами при комнатной температуре, относятся элементарная сера, сероводород и меркаптаны. Они вызывают сильную коррозию металлов при любых температурах.
   Неактивные сернистые соединения: сульфиды и дисульфиды, — при нормальных условиях не вступают в реакцию с метал

1. Автомобильные топлива

лами, но при полном сгорании топлива в двигателе образуют сернистый или серный ангидриды, образующие в соединении с водой сернистую или серную кислоты.
   В малосернистой нефти содержание сернистых соединений достигает 0,5 %, а в сернистой — до 5 %. После перегонки в бензиновых фракциях содержится до 0,15 % неактивных сернистых соединений, в керосиновых фракциях — до 1 %.
   Азотистые соединения содержатся в нефти в небольших количествах и концентрируются, главным образом, в тяжелых фракциях и делятся на основные и нейтральные. Основные азотистые соединения отделяют слабой серной кислотой.
   Азотистые соединения термически стабильны и не оказывают заметного влияния на эксплуатационные свойства нефтепродуктов. Однако при хранении дизельных топлив они вызывают усиленное смолообразование.


1.1.2. Способы переработки нефти

   Нефть представляет собой смесь углеводородов с различной температурой кипения, поэтому нефть вначале нагревают до образования паровых фаз. Для этого на нефтеперерабатывающих заводах используют трубчатые печи, выложенные из огнеупорного кирпича, внутри которых находятся трубы, по которым гонится нефть со скоростью 2 м/c. В печи посредством специальных форсунок создается пламя. Температура в печи достигает 300—325 °C. При такой температуре и атмосферном давлении перегонка нефти получается неполной. Дальнейшее же повышение температуры приводит к разложению углеводородов. Поэтому давление понижают (рис. 1.1). Таким образом, получают бензин, лигроин, керосин, газойль, масла и нефтяной битум.
   Для паровых фаз используют ректификационные колонны (рис. 1.2).
   Для усиления испарения углеводородов в ректификационную и вакуумную колонны подают водяной пар. Смесь углеводородных паров из печи поступает в нижнюю часть колонны.
   Навстречу неиспарившемуся остатку нефти снизу колонны подают перегретый пар. Этот пар нагревает неиспарившийся остаток и увлекает за собой все легкие углеводороды вверх. В нижнюю часть колонны стекает освобожденный от легких углеводородов мазут.