Савельев С.В., Дубков В.В. Энергосберегающие, экологические технологии сервиса и технической эксплуатации машин - файл n1.doc

Савельев С.В., Дубков В.В. Энергосберегающие, экологические технологии сервиса и технической эксплуатации машин
скачать (1356.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1357kb.06.11.2012 21:20скачать

n1.doc

  1   2
Сибирская Государственная Автомобильно-Дорожная академия

(СибАДИ)

Курс лекций по дисциплине

«Энергосберегающие, экологические технологии сервиса и технической эксплуатации машин»

для студентов специальностей 19.06.03, 19.02.05
Разработали:

к.т.н. доцент кафедры «ЭДМ»

Савельев С. В.

к.т.н. доцент кафедры «ЭДМ»

Дубков В. В.


Омск, 2005 г.

Лекция № 1

«Основные аспекты изнашивания машин»
Для того, чтобы эффективно эксплуатировать технику с точки зрения экономии энергии, материалов и минимально вредного воздействия на окружающую среду, необходимо знать основные факторы и процессы приводящие к потерям различного вида ресурсов.

Наиболее распространённый процесс качественных и количественных потерь работоспособности элементов машин – это износ.

В соответствии с ГОСТ 23.002-78 изнашиванием называется процесс разрушения и отделения материала с поверхности твёрдого тела и (или) накопления его остаточных деформаций при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы тела.

Основными количественными характеристиками изнашивания являются: износ, скорость изнашивания, интенсивность изнашивания.

Износ-это результат изнашивания, который определяется в установленных единицах. Бывает износ абсолютный и относительный.

-изменение геометрических размеров - линейный износ, мм;

-массы – весовой износ, г;

-объёма – объёмный износ, м3 или мм3.

Существует предельный и допустимый износ.

Скорость изнашиванияи – (м/ч, г\ч, м3\ч) – отношение величины износа И к времени , в течении которого он возник: .

Интенсивность изнашивания - отношение износа к обусловленному пути, на котором происходит изнашивание или объёму выполненной работы: .

Износостойкость – свойства материала оказывать сопротивление изнашиванию в определённых условиях трения, т. е. это величина обратная скорости изнашивания или интенсивности изнашивания.

В процессе работы машины показатели изнашивания деталей сопряжений не сохраняют постоянных значений.

Изменение износа деталей во времени в общем случае можно представить в виде следующей модели (Рисунок 1.1):


Рисунок 1.1 – Изменение параметров сопряжения в процессе работы.

1-износ И, 2-скорость изнашивания, 3-частота отказов, 4-интенсивность отказов, 5-затраты на поддержание работоспособности.
Более высокая кривизна кривых 3 и 5 объясняется тем, что с наработкой возникает отказы, вызванные помимо износа, усталостным, коррозионным разрушением или пластическими деформациями.

Приработкой называют процесс изменения геометрии поверхностей трения и физико-химических свойств поверхностных слоёв материала в начальный период трения.

Накопление изменений геометрических размеров и физико-маханических свойств деталей ведёт к ухудшению условий работы сопряжения, основными фактором при этом является повышение динамических нагрузок вследствие увеличения зазоров в трущихся парах. В результате наступает период прогрессивного изнашивания.
Виды изнашивания
Для того чтобы эффективно управлять процессами изменения технологического состояния машин и обосновать мероприятия направленные на снижение интенсивности изнашивания деталей машин, следует в каждом контактном случае определять вид изнашивания поверхностей.

Изнашивание подразделяется по следующим видам:

-механическое (абразивное, гидро- и газообразное, эрозионное, гидро- и газоэррозионное, кавитационное, усталостное, изнашивание при заедании, изнашивание при фреттинге).

-коррозионно-механическое (окислительное, изнашивание при фреттинг коррозии).

-изнашивание при воздействии электрического тока (электрокоррозионное).

В реальных условиях работы сопряжение ДСМ наблюдаются одновременно несколько видов изнашивания, однако как правило удаётся установить ведущий вид изнашивания, лимитирующего долговечность деталей и отделить его от остальных, сопутствующих видов разрушений поверхности, незначительно влияющих на работоспособность сопряжения.

Механизм ведущего вида изнашивания определяют путём изучения изношенных поверхностей. Наблюдая характер проявления износа и зная показатели свойств материалов деталей и смазочных материалов, а так же данных о наличии абразива, интенсивности изнашивания и режима работы сопряжения, можно достаточно полно обосновать заключение о виде изнашивания сопряжений и разработать мероприятия по повышению долговечности машин.
1.Абразивное изнашивание
Абразивным называется механическое изнашивание материала в результате, в основном, режущего или царапающего действия на него абразивных частиц, находящихся в свободном или закреплённом состоянии.

Абразивные частицы, обладая большей, чем металл твёрдостью, разрушают поверхность деталей и резко увеличивают износ. Это наиболее распространённый вид изнашивания.

В технологических машинах более 60 % изнашивания имеют абразивный характер. Основным источником попадания абразивных частиц в сопряжения машин является окружающая среда. В 1 м3 воздуха содержится от 0,04 до 5 г. Пыли на 60 % состоящей из взвешанных частиц имеющих размеры от 5 мкм до 120 мкм, т. е. соизмеримых с зазорами в сопряжении машин. Основные состовляющие пыли: окись железаFe2O3, двуокись кремния SiO2, соединения Al, Ca, Mg, Na. Данные частицы обладают достаточно высокой твёрдостью. Для SiO2 прочность достигает 10780 – 11700 МПа, окись алюминия от 20900 до 22900 МПа, что превышает, что превышает твердость рабочих поверхностей большинства деталей технологических машин.



Рисунок 1.2 Схемы деталей машин в условиях абразивного изнашивания

а) рабочие органы, б) режущие кромки РО, в) опорные катки, г) опоры скольжения, д) детали трубопроводов, пневмосистем, гидроприводов; 1-деталь; 2-абразив.
В роли абразива могут выступать так же продукты изнашивания из выпавших в осадок присадок масел.

Если твёрдость абразивных соизмерима с твёрдостью основного материала рабочей поверхности детали, то при работе сопряжения абразивная частица будет способствовать разрушению окисной плёнки (рис.1.3. а). В результате этого в металле под воздействием окружающей среды (кислорода, воздуха, влаги) активизируются коррозионные процессы и происходит коррозионно механическое изнашивание поверхности.

Если твёрдость абразивной частицы превышает твёрдость основного материала детали (На?1,7На), то при взаимодействии рабочей поверхности с частицами наблюдается пластическое оттеснение материала (рис. 1.3. б).

Если частица внедряется острой гранью в поверхность детали, то пластическое оттеснение переходит в микрорезание (рис. 1.3. в).
Рисунок 1.3. Виды взаимодействия поверхности детали с абразивными частицами.

а-при коррозионно-механическом изнашивании; б-при пластическом изнашивании; в-при микрорезании.
Интенсивность абразивного износа прямо пропорциональна твёрдости На абразивных частиц и обратно пропорциональна твёрдости Нмет поверхности трения. Поверхности большей твёрдости обладают большей износостойкостью.



Рисунок 4. Зависимость износа поверхности от твёрдости абразивных частиц

  1. На‹Нмет; II. Намет; III. На›Нмет;


Абразивное изнашивание является одним из наиболее быстропротекающих процессов разрушения рабочих поверхностей деталей.

Детали ТТМ обладают следующими скоростями абразивного изнашивания, мм/ч.

Аустенитная марганцовая сталь:

Зубья ковша экскаватора

0,13 – 12,70

Ножи скрепера

0,13 – 2,54

Рабочие органы молотковых дробилок

0,13 – 25,40

Дробящие плиты щековых дробилок

0,05 – 0,5


Низколегированная высокоуглеродистая сталь

Дробильные шары шаровых мельниц

-в мокрых кремниевых рудах

-в мокром цементном тесте

-в сером цементном клинкере



0,004 – 0,011

0,001 – 0,004

0,0011 – 0,004

Лопасти бетоносмесителей

0,003 – 0,127


Перлитный белый чугун

Крыльчатки смесителей

0,001 – 0,025


Для снижения абразивной составляющей изнашивания твердость рабочей поверхности детали должна быть в 1,3 раза больше твёрдости абразива. Но обычно твёрдость материала на такую величину не повышают в следствие низкого экономического эффекта. С повышением твёрдости поверхность становиться хрупкой и растрескивается под действием динамических нагрузок.

Для защиты от абразивного изнашивания обычно применяется:

-герметизация сопряжений с помощью уплотнительных элементов;

-обеспечение частоты применяемых в машинах топлив, смазочных материалов и рабочих жидкостей;

-фильтрация дизельных топлив перед заправкой машин.

Все эти мероприятия позволяют снизить интенсивность износа в 10 раз.

Лекция № 2
Таблица2.1

Методы повышения абразивной износостойкости поверхности

Метод

Материал детали

Формула проявления

Гальваническое покрытие(хромирование, никелирование)

Большинство чёрных и цветных металлов

Образование тонкого гладкого покрытия

Анодирование

Аллюминий

Образование тонкого окисного слоя повышенной твёрдости

Насыщение (цементация, цианирование, азотирование)

Малоуглеродистые стали

Повышение твёрдости поверхности

Напыление (металлизация, наплавка порошкового металла, напыление керамики)

Металлические и полимерные материалы

Формирование слоёв взаимосвязанных частично окисленных частиц

Коксильная отливка

Серый чугун

Образование на поверхности слоя белого чугуна

Плазменная закалка

Чугун, сталь

Повышение локальной твёрдости поверхности

Лазерное упрочнение

Чугун, сталь

Повышение твёрдости материала детали в тонких поверхностных слоёв

Гидро и газоабразивным изнашиванием считается называется абразивное изнашивание в результате действия твёрдых частиц взвешанных в жидкости или газе и перемещающихся относительно изнашивающегося тела.

Гидроабразивное изнашивание характерно для элементов гидропривода, а так же для деталей гидродинамических передач.

В роли жидкости-носителя частиц, как правило, выступает, смазочные материалы, топливо, тормозные и рабочие жидкости.

Газоабразивное изнашивание наблюдается в элементах компрессоров и пневмоинструментах, где носителем абразивных частиц является сжатый воздух.

Гидро и газоабразивное изнашивание имеют общий механизм и характерные признаки проявления.

Интенсивность этих видов изнашивания:



где к – коэф., зависящий от свойств абразива и параметров жидкости или газа;  - скорость потока, м/с; m – показатель степени зависящий от материала детали: ст3-m=2,3; сталь 45- m=2,5; белый чугун- m=2,8.

Мероприятия направленные на увеличение износостойкости поверхности при гидро и газоабразивном изнашивании:

-увеличение твёрдости материала деталей;

-гермитизация сопряжений;

-обеспечение чистоты рабочей жидкости или газа.



Рисунок 2.1 – Зависимость интенсивности гидро и газоабразивного изнашивания от угла атаки частиц  абразивных частиц.

1 – для пластичных материалов, 2 – для хрупких материалов
Усталостное изнашивание

Усталостным называется механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъёмов материала поверхностного слоя. Возникает как от трения качения, так и при трении скольжении.

Процесс усталостного изнашивания обычно связан с повторяющимися циклами напряжения в контакте качения или скольжения. Интенсивность такого изнашивания определяется следующими факторами:

-наличием остаточных напряжений и поверхностных концентраторов напряжений (окислов, крупных включений);

-качеством поверхности (микропрофиль, загрязнения, вмятины, царапины, задиры, канавки);

-распределение нагрузки в сопряжении (упругими деформации, перекосом деталей, зазором);

-видами трения;

-наличием и типом смазочного материала.



Рисунок 2.2 – Схема усталостного изнашивания поверхности по этапам.

1 – для пластичных материалов, 2 – для хрупких материалов

Сначала трущиеся поверхности 1 образуют усталостные микротрещины 2 смазочный материал 2 попадая в микротрещины, способствует их расклиниванию 3 и выкрашиванию частиц металла.

Наибольшее влияние на развитие усталостного изнашивания оказывает условие трения (нагрузка и температура), свойства материалов (твёрдость и шероховатость поверхности) и применяемые смазочные материалы.



Рисунок 2.3 – Зависимость наработки ? до появления усталостного выкрашивания от вязкости µ смазочного материала, твёрдости НВ мавтериала и нагрузки N.
Усталостное изнашивание наиболее часто наблюдается в условиях высоких контактных нагрузок при одновременном качении и проскальзывании одной поверхности по другой (зубчатые колеса, подшипники качения, зубчатые венцы).
Изнашивание при заедании
Изнашивание при заедании происходит в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неровностей на сопряжённую поверхность. Изнашивание этого вида является одним из наиболее опасных и разрушительных.



Рисунок 2.4 – Схема формирования узла схватывания.
Заедание поверхности характеризует аварийное состояние сопряжения и в процессе эксплуатации машин должно быть исключено. Большое значение при этом имеет правильный выбор смазочного материала.

Противоударные свойства смазочных материалов можно оценить по критической нагрузке Ркр, при которой в заданных условиях происходит заедание поверхностей. Эта нагрузка называется нагрузкой заедания поверхностей. Большое влияние на такую нагрузку оказывает вязкость и состояние смазочного материала.



1-t10C; 2- t2 ‹ t1 0C; 3-масло во взвешаном состоянии

Рисунок 2.5 – Зависимость износа при заедании элементов зубчатой передачи от давления при температуре масла.

Например: для масла МТ-16П при температуре 150 0С нагрузка заедания в 3 раза меньше нагрузки заедания при температуре 50 0С. Большое влияние на нагрузку заедания оказывает и состояние смазочного материала. Более вязкое масло обеспечивает лучшее противозадирные свойства. При работе в сплошном потоке масла заедание происходит при меньших нагрузках, чем при работе во вспененном масле.

Изнашивание от заедания чаще всего встречается в зубчатых зацеплениях.

По способности противостоять заеданию в одних и тех же условиях нагружения зубчатые передачи всех типов можно расположить в следующем порядке:

  1. Цилиндрические передачи с внутренним зацеплением.

  2. Цилиндрические передачи с внешним зацеплением.

  3. Конические передачи с прямыми, косыми и спиральными зубьями.

  4. Гипоидные передачи

  5. Винтовые передачи.

Это объясняется тем, что у гипоидных и винтовых передач наибольшее скольжение зубьев в зацеплении.

Изнашивание при заедании встречается в шариковых и ролико подшипниках.

Коррозионно-механическое изнашивание
Характеризуется процессом трения материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой. При этом на поверхностях металла образуются новые менее прочные соединения, которые в процессе работы сопряжения удаляются с продуктами износа.


Лекция №3
Влияние смазочных материалов на долговечность

элементов дорожных машин
Назначение и классификация смазочных материалов

Основное назначение смазочных материалов заключается в снижении интенсивности изнашивания элементов машин. Слой смазочного материала устраняет непосредственный контакт рабочих поверхностей деталей, поэтому уменьшается механическое и агдезионное взаимодействие поверхностей.

Кроме этой основной функции смазочные материалы служат для уменьшения сил трения, более равномерного распределения давления и температуры, отвода тепла из зоны трения, для защиты рабочих поверхностей деталей от коррозии. От правильности выбора смазочного материала во многом зависит долговечность машины.

В зависимости от физического состояния различают: газообразные, жидкие, пластичные и твёрдые смазочные материалы.

Наиболее распространенные смазочные материалы – это масла, которые классифицируются по назначению и области применения: моторные, трансмиссионные, индустриальные.

Пластичный смазочный материал представляет собой полужидкий или твёрдый продукт, состоящий из смеси минерального или синтетического масла, стабилизированного мылами или другими загустителями. Загуститель образует структурный каркас и придаёт смазочному материалу свойства твёрдого тела с невысоким пределом прочности не превышающим 5кПа. При повышении температуры до 200 – 300 0С пластичный смазочный материал переходит в жидкое состояние.

По назначению пластичные смазочные материалы делят на:

-антифрикционные, снижающие трение и износ;

-консервационные (защитные);

-уплотнительные, служат для герметизации зазоров в сопряжении.

По происхождению жидкие и пластичные смазочные материалы подразделяют на минеральные, нефтяные, растительные, животные, синтетические.

Виды смазки.
При анализе работы сопряжения различают смазки.

По физическому состоянию материала: газовая, жидкая, твёрдая.

По типу разделения поверхностей трения смазочным слоем: гидродинамическая, гидростатическая, газодинамическая, газостатическая, эластогидродинамическая, граничная, полужидкостная.

Основным свойством смазочных материалов обеспечивающим снижение трения, является вязкость.

Вязкостью называется объёмные свойства вещества оказывать сопротивление относительному перемещению слоёв. Это свойство проявляется в стремлении жидкости препятствовать изменению формы и характеризует внутреннее трение смазочного материала.

Характер трения поверхностей деталей сопряжения и вид смазки определяются не только количеством смазочного материала, и его вязкостью, но также режимом работы узла трения.

В зависимости от скорости относительного перемещения рабочих поверхностей, нагрузки и соотношения этих величин в сопряжении могут наблюдаться граничная, полужидкая и жидкая смазка.

Количественный режим работы сопряжения характеризует соотношение:

(1)

где ? – динамическая вязкость смазочного материала; ? – скорость относительного перемещения поверхностей; N – нормальная нагрузка или давление.

Графическая характеристика трения рабочих поверхностей деталей в присутствии смазочного материала является диаграмма Герси-Штрибеха, представляющая собой зависимость коэффициента трения f от параметра.

Рисунок 3.1. Зависимость коэффициента трения от режима работа сопряжения, от свойств смазочного материала.

I-граничная; II-полужидкостная; III-жидкостная.
При сравнительно лёгких нагрузках и скоростных режимах работы сопряжения на поверхности трения деталей вследствие адсорбции образуются и прочно удерживаются тончайшие слои смазочного материала.

Толщина слоя смазочного материала в зоне трения настолько мала, что свойства масла как жидкости практически не проявляются, таким образом создаются условия, характерные для граничной смазки (зона I), коэффициент трения в условиях граничной смазки для металлических поверхностей f?0,1. Относительно высокий коэффициент трения объясняется наличием механического взаимодействия поверхностей.

В таком режиме трения обычно работают опоры скольжения и некоторые элементы зубчатых передач.

При увеличении слоя смазочного материала, разделяющего поверхности трения уменьшается механическое взаимодействие выступов неровностей. При этом снижается так же молекулярная составляющая силы трения. В результате наблюдаются значительное уменьшение коэффициента трения и создаются условия взаимодействия поверхностей, характерные для полужидкостной смазки (зона II). Например: зубчатые передачи, подшипники качения.

В зоне III твёрдые поверхности полностью разделены слоем смазочного материала, толщина которого значительно превышает высоту неровностей профиля. В этих условиях характер взаимодействия элементов сопряжения определяется объёмными свойствами масла. Сопротивление относительному перемещению деталей сопряжения обусловлено внутренним трением смазочного материала f=0, - 0,05.

Жидкостная смазка обеспечивает устойчивый режим работы сопряжения. Увеличения коэффициента трения приводит к повышению температуры масла. Это вызывает снижение вязкости и следовательно параметра , значение которого и без того невелико. Это в сою очередь, вызывает дальнейшее увеличение коэффициента трения и ухудшает условия работы сопряжения, т.е. граничная (зона I) и полужидкая (зона II) смазки не обеспечивает устойчивого режима трения.

Для достижения максимальной долговечности сопряжения необходимо стремиться к формированию условий жидкостной смазки, что позволит значительно сократить энергетические затраты на преодоление сил трения и обеспечит наиболее стабильные условия взаимодействия деталей.
Гидродинамическая смазка
Обеспечивает полное разделение поверхностей трения вследствие давления, возникающего в слое смазочного материала при относительном перемещении деталей.

Условие необходимое для установления гидродинамической смазки сформулированы русским учёным Н. П. Петровым. Их можно свести к 4-м пунктам:

  1. Смазочный материал должен удерживаться в зазоре между скользящими поверхностями деталей;

  2. В слое смазочного материала при относительном скольжении должны возникать и поддерживаться внутренние давления, уравновешивающие внешнюю удельную нагрузку, прижимающую скользящие поверхности;

  3. Смазочный материал должен полностью разделять скользящие поверхности;

  4. Толщина слоя смазочного материала деталей сопряжения должна быть не менее высоты выступов микронеровностей рабочих поверхностей.


Энергетические потери в процессе жидкостного трения поверхностей зависят:

-от режима работы сопряжения (нагрузки, скорости и температуры);

-характера взаимодействия поверхностей (схемы фрикционного контакта);

-свойств смазочного материала (вязкости, плотности);

-физико-механических свойств материалов деталей.

Важнейшим условием существования гидродинамической смазки является возникновение внутреннего давления в слое смазочного материала.

Для создания гидродинамического давления необходимо придать слою масла сужающуюся клиновидную форму. Из-за разницы значений входного и выходного зазора сопряжения в слое смазочного материала произойдёт перераспределение давления.

В радиальных подшипниках существует естественный смазочный клин. При достаточно высоких скоростях в смазочном материале развиваются внутренние давление, уравновешивающие внешнюю нагрузку, благодаря чему поверхность вала поддерживается на некотором расстоянии от втулки подшипника.



Рисунок 3.2 Схема формирования масляного клина
Эластогидродинамическая смазка.
ЭГС – это смазка, при которой характеристика трения и толщина плёнки между двумя поверхностями, находящимися в относительном движении, обусловлены упругими свойствами тел, а также реологическими свойствами смазочного материала.

Реологические свойства определяют характер течения и деформации смазочного материала, обладающего структурной вязкостью и значит характеризуют процесс формирования смазочной плёнки в зазоре.
Физический механизм взаимодействия поверхностей в условиях ЭГС

  1. При относительном перемещении рабочих поверхностей деталей в процессе трения смазочный материал оказывается как бы зажатым в зазоре между ними.

  2. Высокое давление, действующее в зоне контакта деталей вызывает увеличение вязкости смазочного материала.

  3. В центральной части зазора, заполненного смазочным материалом, вследствие упругой деформации участки контактирующих поверхностей почти параллельны.

  4. На выходе из зазора, в том месте, где прекращается упругая деформация поверхностей величина зазора резко уменьшается. При этом резко возрастает гидродинамическое давление в слое смазочного материала.



Рисунок 3.3 Схема распределения давления в зоне контакта цилиндрических поверхностей деталей в условиях эластогидродинамической смазки.
Перепады давления в сочетании со скольжением поверхностей приводит к тому, что смазочный материал работает в зоне контакта при больших скоростях сдвига, повышается температура, давление меняется не равномерно, как поперёк плёнки, так и в её плоскости. Все эти факторы приводят к сложному поведению смазочного материала в зоне контакта, вызывая явления аналогичные взрывным.
Лекция №4
Свойства жидких и пластичных материалов
Для определения этих свойств проводят испытание масел на 4-х шариковой машине.

Показателями вязкостных свойств масел являются кинематическая и динамическая вязкость, а так же индекс вязкости. Динамическая вязкость ? характеризует связь силы внутреннего трения F со скоростью ? относительного перемещения слоёв смазки при трении:



где - градиент скорости; y – толщина масляной плёнки, S – площадь трущихся поверхностей.

Единица измерения ? – Паскаль-секунда (Па·с) или сантипауз (сП). Знак минус означает, что сила А направлена в сторону, обратную направлению движения слоя обладающего большой скоростью.

Кинематическая вязкость ? представляет собой отношение динамической вязкости ? к плотности масла ?.



Измеряют кинематическую вязкость в мм2/с или в сантистоксах (1сСт?10-6мм2/с), обычно характеризуют свойства масла при температуре 50 и 100 0С.

Для оценки склонности масла к изменению вязкостных свойств при изменении температуры применяют показатель называемый индексом вязкости (ИВ). Этот показатель даёт возможность оценить вязкостно-температурные свойства определённого сорта масла по сравнению с эталонными маслами. За эталонные приняты лучшие рафинированные масла, которым присвоен индекс ИВ-100, и худшие масла из богатой нефтенами нефти, для которых принято ИВ-0.

Для определения вязкости обычно пользуются формулой:

,

где ?50min – кинематическая вязкость масла, для которого ИВ=0; вязкость измеряется при 50 0С; ?50 – кинематическая вязкость масла при 50 0С; ?50max – кинематическая вязкость масла, для которого ИВ=100; вязкость измеряется при 50 0С; Р – поправка, вносимая при оценке свойств масла в области отрицательных температур.

Величины ?50min и ?50max находят по таблицам значений индекса вязкости. Чем выше это значение, тем меньше изменятся вязкость масла при изменении температуры, а следовательно, тем выше его вязкостные свойства. Высокий индекс вязкости имеют хорошо очищенные масла. У современных масел он составляет 120-150.

Повышение значения ИВ и обеспечение эксплуатационных свойств масел достигается применением различных присадок. Для масел со специальными присадками и синтетических масел ИВ=250.

Ещё одними из показателей свойств смазочных материалов являются:

-удельная теплоёмкость С=2,05 – 2,1 Дж/кг·к;

-теплоёмкость ?=129·10-3 – 140·10-3 Вт/н·к.

Температурными показателями эксплуатационных свойств масел является так же температура вспышки, температура воспламенения, температура застывания масла.

Температура вспышки масла показывает минимальную температуру, при которой пары нагретого масла образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при контакте с открытым пламенем. Этот показатель характеризует наличие в масле лёгких углеводородов. Низкая температура вспышки свидетельствует о повышенной огнеопасности масла и указывает на присутствие в нем примесей – главным образом топлива.

Температурой воспламенения масла называют температуру, при которой масло загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее 5 секунд.

Температурой застывания масла называют температуру при которой масло теряет свою подвижность и переходит из жидкого текучего состояния в пластичное. Температура застывания является одним из важнейших показателей эксплуатационных свойств масел, поскольку определяет условия их применения.

Сжимаемость – способность смазочного материала к уменьшению объёма под нагрузкой – характеризуется коэффициентом сжимаемости.

Коэффициент сжимаемости – характеризует относительное изменение объёма масла, приходящееся на единицу изменения давления

,

где ?р – приращение давления; ?V – приращение объёма; V – объём смазочного материала до приложения давления.

Это свойство особенно важно для масел, используемых в качестве рабочих жидкостей гидравлических систем дорожных машин.

При решении инженерных задач применяют величину, обратную коэффициенту сжимаемости, которое получило название – модуль объёмной упругости Е=1/?. Для индустриального масла И-20А Е=1,4.

Модуль объёмной упругости зависит не только от типа, но и от состояния масла. Если масло находится во вспененном состоянии, то значение его модуля упругости существенно отличается от номинального. В реальных условиях эксплуатации содержание воздуха в масле составляет 6-18%, таким образом в сборочных единицах машин роль смазочного материала выполняет воздушно-маслянная смесь.

Вспениваемость – способность масла к поглощению воздуха с пенообразованием. Это свойство оказывает существенное влияние на окислительные процессы при трении и изнашивании. Оно особенно важно для тех масел, которые используют в механизмах, работающих в условиях повышенной температуры.

Эмульгируемость – способность масла к поглощению воды.

Противокоррозионные свойства характеризуют способность жидких и пластичных смазочных материалов оказывать влияние на процессы коррозионного разрушения металлических деталей.

Кислотное число выражается в миллиграммах едкого калия, требующегося для нейтрализации 1 г. Масла. По кислотному числу можно судить о количестве органических кислот, содержащихся в масле.

Щелочное число масла свидетельствует о наличии в нём присадок. За общее щелочное число принимают количество едкого калия в миллиграммах, эквивалентное количеству соляной кислоты, израсходованной на нейтрализацию всех основных соединений, содержащихся в 1 г. анализируемого масла.

Зольность – показатель, характеризующий содержание в масле солей органических и минеральных кислот. Этот показатель для масел с присадками выражает количество присадок, а для масел бес присадок количество несгораемых примесей.

Липкость и нерастекаемость характеризуют стабильность масел образовывать на твёрдых поверхностях прочную плёнку, разрушающуюся при повышении давления, скорости, температуры.

Нетоксичность – это отсутствие отрицательного воздействия смазочного материала или продуктов его окисления на организм человека.

Пластичные смазки имеют в своём составе загуститель, образующий своего рода каркас, в котором удерживаются базовое (миниральное или синтетическое) масло. К основным свойствам пластичных смазок относят: вязкость; водостойкость; температуру каплепадения; коллоидную, механическую и химическую стабильность; предел прочности на сдвиг; испаряемость; коррозионность; термоупрочнение.

Вязкость пластичных смазок зависит от скорости деформирования и характеризуется прокачиваемостью по трубопроводам. Измеряют вязкость пластичных смазок на каппилярных вискозимитрах.

Водостойкость характеризует способность смазочного материала не растворяться и минимально изменять свои свойства при попадании в них воды.

Температура каплепадения условно отражает среднюю температуру, при которой плавятся пластичные смазочные материалы. Она зависит от использованного в нём загустителя. В зависимости от температуры каплепадения различают:

-низкоплавкие пластичные смазки (УН), в которых загустителем служат твёрдые углеводороды, температура каплепадения до 65 0С;

-среднеплавкие (УС) – загустителями являются кальциевые мыла, температура каплепадения до 100 0С;

-тугоплавкие (УТ) – загустителями служат натриевые и литиевые мыла, температура каплепадения свыше100 0С.

Коллоидная стабильность – отражает способность пластичных смазок сопротивляться выделению из них масла при хранении.

Механическая стабильность отражает способность пластичных смазок сохранять свои свойства после интенсивного деформирования.

Химическая стабильность – характеризует способность пластичных смазок противостоять окислительному воздействию воздуха при повышенной температуре.

Предел прочности на сдвиг отражает способность смазки удерживаться на поверхности деталей при наличии инерционных сил.

Консистенция – свойство пластичных смазок оказывать сопротивление деформации при внешнем воздействии.

Лекция 5
Изменение свойств жидких и пластичных материалов в процессе работы
Состояние, а следовательно и эксплуатационные свойства жидких и пластичных смазочных материалов в процессе работы машины постепенно ухудшаются.

На ухудшение состояния смазочных материалов влияют:

-резкое повышение температуры в зоне трения в процессе работы сопряжений;

-окисление масел под действием окружающей среды;

-срабатывание присадок;

-загрязнение смазочных материалов посторонними примесями (водой, топливом, мех. частицами).

Ухудшение эксплуатационных свойств масел и пластичных смазок можно оценить по изменению основных показателей: кинематической вязкости, кислотного и щелочного числа; объёмного или весового содержания примесей, температуры вспышки и т.д. Наиболее значительное влияние на эти показатели оказывает температура в зоне трения. С повышением температуры вязкость масел снижается. Для минеральных масел изменение кинематической вязкости при изменении температуры оценивают по формуле:

,

где ?t и ?50 – вязкость масла при заданной температуре и температуре 50 0С; t – температура масла, 0С; n – показатель степени.


Рисунок 5.1. Зависимость кинематической вязкости масел от температуры.
Плотность масел с повышением температуры так же существенно уменьшается. Уменьшение вязкости и плотности масел вызывают увеличение утечек и ухудшение смазочных свойств.

Поэтому необходимо подбирать смазочные материалы таким образом, чтобы их вязкость в диапазоне рабочих температур принимала определённые значения.



Рисунок 5.2 Зависимость относительной плотности масел от температуры.
Давление в зоне трения так же оказывает влияние на вязкость масла. При небольших давлениях в тонких плёнках вязкость масел остаётся примерно постоянной, но при давлении свыше 100 МПа вязкость резко увеличивается.



Рисунок 5.3 Зависимость вязкости от давления.
В течении срока службы смазочные материалы испытывают интенсивные термодинамические нагрузки, под действием кислорода воздуха происходит окисление углеводородов масел, лёгкие фракции испаряются, присадки срабатываются. Из окружающей среды в смазочный материал проникают различные примеси: вода, частицы пыли, продукты износа. Всё это вызывает старение и снижение эксплуатационных свойств смазок.

Степень окисления масла определяют кислотным числом К. Чем больше продуктов окисления образуется в масле, тем больше становится кислотное число. Продукты окисления не только свидетельствуют об ухудшении смазочных свойств масла, но и активизируют процессы окислительного и коррозионного разрушения металлов.

Процесс срабатывания присадок в масле характеризуется в количественной форме изменением щелочного числа. По мере срабатывания присадок щелочное число масел снижается.

Компоненты сработавшихся присадок, выпадая в осадок, прекращают оказывать положительное влияние на эксплуатационные свойства масла и в некоторых случаях, попадая в зону трения могут выступать в роли абразивных частиц.

Особенно сильное влияние на эксплуатационные свойства масел оказывают механические примеси. Частицы примесей, скапливаясь в масле, проникают в зону трения, нарушают сплошность смазочной плёнки и вызывают повреждение рабочих поверхностей деталей.

Интенсивность процесса накопления частиц механических примесей зависит от окружающей среды (запылённости воздуха, вида работ, типа грунта и т.д.), типа и состояния фильтрующих элементов.




К – кислотное число, мг КОН/г; С – Щелочное число мг КОН/г; М – механические примеси, %.

Рисунок 5.4 Изменение параметров состояния дизельного масла М12Вг в процессе работы двигателя.

Таблица 5.1

Классификация степени загрязнения масел (объём пробы 100±5 см3)

Класс чистоты

Размер частиц, мкм

Волокна

Содержание

загрязнений, % по массе

5-10

10-25

25-50

50-100

100-200

00

8

4

1

А0

А0

А0

не норм.

0

16

8

2

А0

А0

А0

не норм.

1

32

16

3

А0

А0

А0

не норм.

2

63

32

4

1

А0

А0

не норм.

3

125

63

8

2

А0

А0

не норм.

4

250

175

12

3

А0

А0

не норм.

5

500

750

25

4

1

А0

не норм.

6

1000

500

50

6

2

1

0,0002

7

2000

100

100

12

4

2

0,0002

8

4000

2000

200

25

6

3

0,0004

9

8000

4000

400

50

12

4

0,0006

Существует классификация степени загрязнения масел и рабочих жидкостей. Моторные масла и рабочие жидкости гидросистем технологических машин должны соответствовать 10-13 классу чистоты.

Всего существует 19 классов чистоты масел.
Таблица 5.2

Классификация степени загрязнения масел (объём пробы 100±5 см3)

Класс чистоты

Размер частиц, мкм

Волокна

Содержание

загрязнений, % по массе

5-10

10-25

25-50

50-100

100-200

8

4000

2000

200

25

6

3

0,0004

9

8000

4000

400

50

12

4

0,0006

10

16000

8000

800

100

25

5

0,0008

11

31500

16000

1600

200

50

10

0,0016

12

63000

31500

3150

400

100

20

0,0032

13

не норм.

63000

6300

800

200

40

0,005


Ухудшение эксплуатационных свойств масла, вызванное его старением постепенно приводит к тому, что оно перестаёт выполнять свои заданные функции и оказывает отрицательное влияние на процессы трения и изнашивания. Необходимо периодически контролировать качество смазочных материалов и при необходимости проводить мероприятия по очистке, обогащению или замене смазки.

Рассмотрим на примере браковочные значения показателей эксплуатационных свойств моторных масел (группы В и Г), определяющие их предельное состояние.

Таблица 5.3

Браковочные значения показателей эксплуатационных свойств моторных масел

Двигатели

дизельные

карбюраторные

1.Изменение вязкости, %

увеличение

снижение

2.Содержание примесей, нерастворимых в бензине, %

3.Содержание воды, %

4.Содержание топлива, %

5. Минимальное щелочное число, мг КОН/г

6. Снижение температуры вспышки, 0С


35

20
3,0

0,3

0,8

1,0-3,0

20


25

20
1,0

0,5

0,8

0,15-2,00

20


Изменение состояния пластичных смазочных материалов в процессе работы выражается прежде всего: снижением их пластичности; водостойкости; насыщением абразивными частицами механических примесей.
Твёрдые смазочные материалы
Такие материалы обеспечивают благоприятные условия изнашивания образуя на рабочих поверхностях деталей разделительные плёнки, устраняющие схватывание и механические повреждения. В качестве твёрдых смазочных материалов применяют металлы с низкой температурой плавления (свинец, сурьма, висмут), а так же некоторые вещества со сложной структурой кристаллической решётки (графит, сульфиды молибдена, меди, цинка, фосфотиды и др.). твёрдый смазочный материал наносят на поверхность одной из деталей сопряжения в виде покрытия, или вводят в состав материала поверхностного слоя детали или вносят в зону трения в виде порошка.

Твёрдые смазочные материалы обладают следующими свойствами: высокой теплостойкостью; хорошей адгезией с металлами, менее чувствительны к изменению режима работы механизма и к воздействию внешней среды.

В настоящее время, наиболее часто, используют дисульфиды молибдена MOS2 и вольфрама WS2, их наносят на рабочие поверхности деталей в виде тонких защитных плёнок или используют как порошковые добавки к смазочным суспензиям, приготовленным из минеральных масел и графита.
Таблица 5.4

Основные характеристики твёрдых смазочных материалов.

Материал

Плотность 103 кг/м3

Модуль упругости при сжатии, 9,8·104 Па

Температура 0С

Коэффициент трения

окисление на воздухе

плавления

Графит

1,4-1,7

50500

455

3652

0,04

ВN

2,25

22800

800-900

3000

0,67

moS2

4,8

85000

400

1185

0,03

WS2

7,4

-

510

-

-

Самосмазывающиеся материалы
Существуют так называемые самосмазывающиеся материалы, в зависимости от состава, структуры, технологии изготовления различают: пористые; металлофторопластовые ленточные, тканевые и композиционные смазывающие материалы.

В состав пористых спечённых самосмазывающих материалов входят металлические порошки (стружка), твёрдые смазочные материалы и минеральные масла.

Металлофторопластовые материалы представляют собой 3-х слойную ленту, состоящую из низкоуглеродистой стальной подложки с нанесённой на нее сферической бронзой, которая пропитывается в вакууме смесью фторопласта или дисульфидом молибдена.

Тканевые материалы изготовляются на фторопластовой основе с пропиткой индустриальными маслами.
Лекция №6
Коррозионное разрушение деталей дорожных машин
Коррозия является одним из наиболее опасных видов разрушения деталей машин. Мощность ДВС у которых поражены коррозией зеркала цилиндров, снижается на 25%; при этом на 50-80% расход моторного масла и почти вдовое сокращается срок службы двигателей.

Особенно сильно коррозионному разрушению подвержены детали машин, выполненные из тонколистовой стали (детали кузовов, стенки), а так же рабочие органы, сварочные швы, детали топливной аппаратуры двигателей. Износостойкость деталей сопряжений из стали 45 и стали 20 снижается в 1,5-4 раза.

Коррозия – процесс разрушения материалов вследствие их химического или электрического взаимодействия со средой.

Классификация коррозионных процессов

  1. По механическому взаимодействию материала со средой: химическая, электрохимическая;

  2. По характеру коррозионной среды: газовая, атмосферная, подземная (почвенная), биологическая;

  3. По условию протекания коррозионного процесса: структурная, контактная, щелевая, коррозия под напряжением;

  4. По виду коррозионного разрушения поверхности деталей: сплошная, местная (локальная).


Химическая коррозия – процесс разрушения материала деталей в результате химического воздействия окружающей среды. Данный процесс развивается как в газовоздушной, так и в жидкой среде.

Например: Разрушение поршней, клапанов и др. деталей ДВС в результате взаимодействия металлов с кислородом, сероводородом, сернистым газом и т. п.

Основным условием возникновения химической коррозии является отсутствие электропроводящей среды.

Электро-химическая коррозия возникает в результате воздействия на материал детали электропроводящей среды – электролита. Электролитом может быть вода или водные растворы кислот, щелочей, образующиеся в результате взаимодействия воды с топливом, маслом или продуктами окисления.

Атмосферная коррозия – это процесс постепенного разрушения металлов под действием атмосферного воздуха, а так же содержащихся в нём твёрдых частиц, влаги и газов. При атмосферной коррозии процесс разрушения поверхности металлов имеет электрохимический характер. Интенсивность разрушения зависит от состава атмосферного воздуха и содержания в нём примесей.

В зависимости от степени увлажнения поверхности различают сухую, влажную и мокрую атмосферную коррозию.



Рисунок 6.1. Зависимость скорости ?р разрушения механической поверхности от толщины h плёнки влаги на поверхности деталей под воздействием атмосферной коррозии.

I – сухой; II – влажной; III – мокрой (h до 10-6м).
При определённой влажности воздуха, называемой критической (50-70%) на поверхности деталей образуются сплошные плёнки влаги минимальной толщины. В этот момент наблюдается резкое увеличение скорости коррозионного разрушения.

Газовая коррозия происходит при отсутствии плёнок влаги на поверхности металлов, возникает при высоких температурах в среде агрессивных газов. Процесс разрушения поверхностей деталей происходит по химическому механизму.

Например: Детали ДВС, газогенераторов, компрессоров, с увеличением температуры, скорость коррозионного разрушения заметно увеличивается.

Жидкостная коррозия металлов протекает в неэлектропроводящих маслах и топливах, не являющихся электролитами или в кислотных и щелочных водных электролитных растворах. Подвержены детали ДВС, работающих на топливе с высоким содержанием серы. Процесс сводится к химической реакции металла коррозионно-активными компонентами жидкости, наиболее опасные из которых сера и сернистые соединения. Скорость коррозии прямопропорциональна содержанию в топливе серы: при сгорании топлива образуется сернистый газ, который при взаимодействии с водяными парами и кислородом воздуха, превращается в серную кислоту.

Подземная коррозия – процесс разрушения металлических поверхностей под воздействием грунтовой влаги. Процесс имеет электрохимический характер.

Биологическая коррозия – процесс разрушения поверхностей металлов под влиянием продуктов жизнедеятельности организмов (бактерии, плесень, грибки). Железобактерии, питательной средой которых являются железо и стальные сплавы, железо усваивается в виде ионов.

Щелевая коррозия – развивается в щелях и зазорах металлических деталей, а так же в местах неплотного контакта металлической поверхности с неметаллическими коррозионно-инертными материалами.

Контактная коррозия – разрушение поверхностей в результате электрохимического взаимодействия контактирующих металлов, имеющих разные стационарные потенциалы в определённой электролитической среде. Процесс идёт по схеме гальванической пары, причём происходит разрушение одного из металлов, являющегося анодным, тогда как коррозия другого-катодного постепенно замедляется или прекращается.

Например:

Катод

Анод

медь

сталь

сталь

цинк

В зависимости от типа агрессивности среды и степени опасности возникновения контактной коррозии различают: допустимые, ограниченно допустимые, недопустимые сочетания металлов в сопряжениях.

Структурная коррозия – возникает в связи с неоднородностью структуры металла.

Коррозия под напряжением – это процесс разрушения поверхностей металлов в результате одновременного действия коррозионной среды и постоянных или переменных механических напряжений.

Коррозионная кавитация – разрушение металла вызванные одновременно коррозионным и ударным воздействием жидкости в условиях кавитации.
Методы защиты элементов дорожных машин от коррозии
Условно делятся на три группы:

  1. Метод повышения коррозионной стойкости металлов;

  2. Методы воздействия на среду;

  3. Комбинированные методы.

Наибольшее распространение получили:

-из методов первой группы: нанесение защитных покрытий; повышение коррозионной стойкости в результате лигирующих добавок.

-из методов второй группы: герметизация сопряженипй; устранение зазоров, неплотностей и застойных зон; введение в состав смазочных материалов противокоррозионных присадок.

Коррозионную стойкость металлов увеличивают:

На стадии конструирования – при подборе материала, обосновании вида защитного покрытия поверхности.

На стадии производства – в процессе обработки детали и нанесении защитного покрытия.

На стадии эксплуатации – нанесение консервационных смазочных покрытий, своевременным восстановлением повреждённых покрытий.
Лекция 7

Основные экологические аспекты возникающие при эксплуатации машин

К главным источникам загрязнения окружающей среды и потребителям энергоресурсов относятся автомобильный транспорт и техника связанная с его инфраструктурой.

Загрязняющие выбросы в атмосферу от ДВС транспорта по объёму более чем на порядок превосходят выбросы от железнодорожных транспортных средств. Выбросы от автотранспорта в России составляют около 22 млн. т в год. Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания содержат более 200 вредных наименований вредных веществ и соединений, в том числе и канцерогенных. Нефтепродукты, продукты износа шин, тормозных накладок, сыпучие и пылящие грузы, хлориды, используемые в качестве антиобледенителей дорожных покрытий, загрязняют придорожные полосы и водные объекты. В мировом балансе загрязнений, основная доля (54%) падает на автомобильный транспорт, но в разных странах доля неодинакова и колеблется от 13 – 30% до 60 – 80%. Общее количество автомашин в мире превысило 500 млн. шт., в том числе в Российской Федерации 56 млн. шт. Вредные выбросы от автотранспорта в Российской Федерации составляют 22 млн. т/год. Один автомобиль при пробеге 15 тыс. км сжигает в среднем 2 т топлива, около 26 – 30 т воздуха, в том числе 4 – 5 т кислорода, что в 50 раз больше потребностей человека, при этом выбрасывает в атмосферу:

угарного газа – 700 кг/год,

диоксида азота – 40 кг/год,

несгоревших углеводородов – 230 литров,

твёрдых веществ – 2 – 5 кг/год.

Выхлопные газы представляют собой смесь, состоящую из 1000 – 1200 индивидуальных компонентов, среди которых нетоксичны: N, O, пары воды, CO; токсичные: окиси C, углеводороды, оксиды N, альдегиды, сажа, бензапирен, соединения свинца, формальдегид, бензол, а также многие другие компоненты (табл.1,приложение). Главный компонент выхлопов двигателей внутреннего сгорания (кроме шума) – окись углерода (угарный газ) – опасен для человека, животных, вызывает отравление различной степени в зависимости от концентрации. При взаимодействии выбросов автомобилей и смесей загрязняющих веществ в воздухе могут образоваться новые вещества, более агрессивные, чем их “родители” – пример: смог – дымящий туман (обычно белый).

На прилегающей территории к автомагистралям вода, почва и растительность является носителями ряда канцерогенных веществ, а местность – опасной зоной. А значит, недопустимо выращивание здесь овощей, фруктов и скармливание травы животным. По мере удаления от автомагистрали, концентрация накопления канцерогенных веществ снижается.

С развитием городов и ростом городских агломераций всё большую актуальность приобретают своевременное и качественное транспортное обслуживание населения, а также охрана окружающей среды от негативного воздействия различной техники, которая сжигает огромное количество ценных нефтепродуктов, нанося одновременно ощутимый вред окружающей среде, главным образом, атмосфере. Поскольку основная её масса, в частности автомобили сконцентрирована в крупных и крупнейших городах, воздух этих городов не только обедняется кислородом, но и загрязняется вредными компонентами отработавших газов.

Увеличение количества взвешенной в воздухе и осевшей на поверхности пыли объясняется повышенным износом асфальтового покрытия автомобильных дорог вследствие применения ошипованных шин.

Магистральные улицы в городах составляют примерно 20 – 30 % общей протяжённости всех улиц и проездов. На них сосредоточивается до 60 – 80 % всего движения, то есть магистрали в среднем загружены примерно в 10 – 15 раз больше, чем остальные улицы и проезды.

Создание в городе сети магистралей скоростного движения позволяет существенно увеличить скорости транспорта и легковых автомобилей, повысить её пропускную способность, сократить число дорожно-транспортных происшествий, изолировать жилые районы и общественные центры от концентрированных потоков транспортных средств. Магистраль скоростного движения – дорогостоящее сооружение. Строительство её может быть эффективно только на направлениях, обеспечивающих мощные и устойчивые транспортные потоки с относительно большой в пределах города дальностью поездок, при которой ощутим выигрыш от увеличения скорости движения. Прогрессивной тенденцией в решении проблемы хранения автотранспорта и другой техники является сооружение многоэтажных кооперативных гаражей и гаражей - гостинец. Если при одноярусном способе хранения (в одноэтажных гаражах, боксах, на открытых стоянках) на 1 машину в среднем требуется 25 – 30 мІ земельного участка, то при хранении в многоярусных гаражах – не более 15 мІ (вместе с проездами, подъездами, накопительными площадками и защитными зелёными насаждениями). Наиболее приемлемым типом сооружения для хранения автомобилей является многоярусный гараж – стоянка на 500 – 1000 тыс. машино – мест.

Производство ремонта и технического обслуживания техники своими силами, что так же приводит к негативным, с точки зрения экологии, последствиям. Взять, к примеру, мойку технических средств. Из – за нехватки моечных пунктов эту операцию зачастую выполняют на берегу реки, озера или пруда. Между тем при этой операции всё в больших объёмах пользуются синтетические моющие средства, которые представляют определённую опасность для водоёмов.

Загрязнители воздуха, непосредственно продуцируемые автомобилями и другими техническими средствами, такие как окись углерода, оксиды азота, углеводороды или свинец, главным образом накапливаются по соседству с источниками загрязнения, т.е. вдоль шоссейных дорог, улиц, в тоннелях, на перекрестках и пр. Таким образом, создаются локальные геоэкологические воздействия транспорта.

Часть загрязнителей транспортируется на большие расстояния от места эмиссии, трансформируется в процессе переноса и вызывает региональные геоэкологические воздействия.

Двуокись углерода и другие газы, обладающие парниковым эффектом, распространяются на всю атмосферу, вызывая глобальные геоэкологические воздействия.

Загрязнение воды.

В поверхностные водоёмы со сточными водами от предприятий дорожно-строительного и транспортного комплекса и от ливневой канализации поступают, в основном, нефтепродукты и взвешенные вещества. В поверхностных стоках с проезжей части автомобильных дорог содержатся, кроме взвешенных частиц и нефтепродуктов, тяжёлые металлы (свинец, кадмий и др.) и хлориды, которые в зимний период применяются для борьбы с гололёдом. В среднем годовой сброс хлоридов за пределы дорог со стоками и снегом составляет около 500 тыс. т. кроме того, в окружающую среду поступает ежегодно около 35 тыс. т сажевых частиц в результате истирания автомобильных шин на дорогах.

За­грязнение почвы.

Еще одна экологическая проблема, кото­рую создают технические средства. Исследование почв в зоне влияния транс­портных магистралей пока­зало, что примерно в 15% проб были превышены предельно допу­стимые концентрации тяжелых металлов. В то же время уменьшилось число проб, не отвеча­ющих гигиеническим нормативам по микроби­ологическим пока­зателям. Однако на терри­тории Среднеевропейского региона наблюда­ется высокий уровень загрязнения почвы гельминтами. В течение 5 лет парази­тологические показатели загрязненности почвы не снижаются. В целом доля проб почвы, не со­ответствующих нормативам по санитарно-химиче­ ским и микробиологическим показате­лям, в зонах влияния транспорта в 2-3 раза больше, чем в среднем по РФ.

Таблица 7.1.

Доля различных источников продуктов сгорания в загрязнении

атмосферного воздуха, %


Источник загрязнения

Страны

США

Англия

Франция (Париж)

Автомобильный транспорт

Промышленность и энергетика

Отопительные и прочие предприятия

60, 0

30, 3

9, 1

33, 5

36, 0

30, 5

32

28

40


Таблица 7.2

Качественный состав отработавших газов автомобилей.

Компоненты

Действие на человека

Азот

Диоксид углерода

Вода

Кислород

Водород

Углерод (сажа)

Оксид углерода

Формальдегид

Акролеин альдегиды

Ацетальдегид

Оксид азота

Диоксид азота

Метан

3, 4 – бенз(а)пирен

Этилен

Ацетилен

Пропилен

Этан

Толуол

m – ксилол

р - ксилол

Бензол

Пропан

Изооктан

n – пентан

Изобутилен

Бутилен – 1

Изопентан

Гексан

Этилбензол

2 – метилпентан

n - бутан

о – ксилол

3 – метилпентан

Циклопентан

Метилциклопентан

Циклогексан

Бутилен – 3 – cis

n – метилгексан

n – октан

Изобутан

Бутилен – 2 – trans

n - нонан

Пентен – 1

Пентен – 2 – trans

2, 4 – диметилпентан

Пентен – 2 – cis

2 – метилбутодиен – 1

Гексан – 1

Нетоксичен

Токсична

Нетоксична

“ “ “

“ “ “

Токсичен

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

Токсичен

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

“ “ “

Таблица 7.3

Площади застройки и размеры земельных участков гаражей для хранения

легковых автомобилей, мІ на одно автомобиле – место.

Число этажей

Площадь застройки

Размеры земельного участка

1

2

3

4

5

6

7 - 9

25

15

10

8

6

5

4

30

20

14

12

10

8

5

Таблица 7.4

Расстояние от гаражей и площадок до жилых и общественных зданий.


Вид зданий

Расстояние при количестве автомобилей в неземных гаражах и на площадках, м

Более 1000

100 - 51

50 - 21

20 и менее

Жилые дома

Общественные здания

Школы и детские учреждения
Лечебные учреждения стационарного типа

50

20

25

20

15

15

50

15

15

25

Определяется в каждом случае по согласованию с органами Государственного санитарного надзора

Определяется в каждом случае по согласованию с органами Государственного санитарного надзора


Лекция 8

Утилизация отходов функционирования технических средств.

С ростом городов, агломераций, промышленных центров, населения, в процессе НТП происходит и рост числа различных технических и автотранспортных средств, а следовательно отходов их эксплуатации, которые должны утилизироваться с наибольшей продуктивностью и энергоэффективностью.

Утилизация может проходить различными способами, по различным технологиям. Основными отходами являются аккумуляторы (свинец), обшивка салона (пластмасса), автомобильные шины, кузов машины (сталь).

В связи с накоплением в развитых странах огромного количества резиновых отходов, в особенности изношенных шин, одной из важных задач является создание приемлемой, с точки зрения охраны окружающей среды, технологии их утилизации. Анализ данных по количеству накапливаемых и переработанных изношенных покрышек показывает, что перерабатывается всего лишь около 20% покрышек, а остальные накапливаются. Необходимо отметить, что резиновые отходы практически не подвержены разрушению под воздействием климатических и временных факторов.

В ряде стран изношенные покрышки используются в качестве топлива, а так же в цементной промышленности. Однако такое направление, как и переработка в резиновую крошку, является малоэффективным, поскольку не позволяет в полной мере реализовать ценные свойства материалов, содержащихся в покрышках.

Существующие в настоящее время технологии переработки резиновых отходов (пиролиз, получение резиновой крошки, сжигание в цементных печах и др.) отличается высокой энергоемкостью, необходимостью применения дорогостоящих жаропрочных материалов, и самое главное, отрицательным воздействием на окружающую среду.

Тем не менее в результате переработки шин получаются следующие ценные продукты:

Перспективным представляется направление переработки резиновых отходов, позволяющее не только решать проблему уничтожения отходов, но и получения ценных сырьевых и энергетических ресурсов. Такое направление развивается и основано на переработке на паро-термической деструкции резиновых отходов в среде перегретого пара.

Сущность в следующем. В реактор одновременно подаются резиновые отходы, например изношенные покрышки и перегретый водяной пар. При температуре в реакторе 400 – 500 єC протекает деструкция резиновых отходов. Газы деструкции вместе с водяным паром попадают в конденсатор, где происходит конденсация пара и части газообразных продуктов. Неконденсирующиеся газы направляются на дожигание в топке пароконденсатора.

Сконденсированный пар и продукты деструкции отходов их конденсатора направляются в накопительную ёмкость. Твёрдый остаток деструкции направляется в мельницу, где осуществляется его размол и получается альтернативное жидкое топливо по своим техническим характеристикам соответствующее топочному мазуту марки М40.

Как показали предварительные исследования, жидкие углеводороды могут быть использованы как топливо, связующие добавки к асфальту. А так же при производстве битумных и гидроизоляционных мастик. Из углесодержащего остатка (пирокарбона) при незначительной доработке может быть получен активизированный уголь.

В настоящее время на заводе “Моссантехпром” действует опытно – промышленная установка по переработке резиновых отходов и изношенных автомобильных шин производительностью 300 кг исходного сырья в час.

Главным направлением использования продуктов переработки резиновых отходов является возможность использования их в качестве исходного сырья для резиновой промышленности (маслосмягчители, техуглерод и т. д.), промышленности нефтеоргсинтеза, в дорожном строительстве для производства битумных эмульсий и мастик.

Резиновые отходы целесообразно перерабатывать таким образом, чтобы одновременно с решением проблемы их уничтожения, получать ценные сырьевые и энергетические ресурсы.

Кузов машины – чёрный лом, который используется в металлургическом, литейном и других производствах. Основным потребителем является сталеплавильное производство. Рациональное использование ресурсов лома является важнейшим условием достижения высокой производительности общественного труда, так как металлолом, применяемый при выплавке стали, даёт большую экономию затрат. Практически каждая тонна лома чёрных металлов, переработанная в сталеплавильном производстве, заменяет тонну чугуна. Удельная капиталоёмкость производства 1 т чугуна из железорудного сырья в 7 раз превышает удельные капитальные затраты на переработку 1 т лома.

На каждый миллион тонн вовлечённых в производство вторичных чёрных металлов экономия капиталовложений составляет около 100 млн. руб., а с учётом высвобождения мощностей машиностроения и транспорта – более 120 млн. руб.

Не все ресурсы металла, закончившего срок службы, утилизируется. Частично они остаются неизвлечёнными, несобранными и безвозвратно теряются.

В целом безвозвратные потери металла, закончившего срок службы из – за неполного его сбора и извлечения составляют 12 – 15% по отношению к образовавшимся ресурсам. Кроме того, значительная часть металла теряется в процессе эксплуатации от истирания и коррозии. Общие потери от коррозии и истирания металла за время его службы оцениваются в среднем примерно в 15%. На металлообрабатывающих и машиностроительных заводах из – за неполного сбора образующихся металлоотходов безвозвратно теряется около 5% кусковых металлоотходов и около 15% стружки.

Полный сбор, надлежащая сортировка, сохранность от смешивания при перевозке и подготовке к переплаву легированного вторичного сырья, обеспечивают большую экономию. Использование легированного металлолома необходимо улучшить. Улучшение организации заготовки лома, значительное расширение сети цехов и участков по переработке лома, оснащение их современным ломоперерабатывающим оборудованием позволят значительно увеличить уровень использования ресурсов лома, что окажет значительное влияние и возрастание производительности общественного труда, эффективность общественного производства.

В изготовлении салона машин в основном используется пластмассы – материалы, на основе природных или синтетических полимеров. Способные под влиянием нагревания и давления формоваться в изделия сложной конфигурации и затем устойчиво сохранять приданную форму.

Пластмассы ещё относительно мало используются как вторичное сырьё. Это объясняется, прежде всего, многообразием типов пластмасс и выпускаемых из них изделий, а также сложностью состава, что затрудняет сортировку и переработку пластмассовых отходов, особенно бытовых.

Американские специалисты условно установили для всех пластмассовых изделий три срока службы: краткий, оптимальный и длительный. Для дорожной техники и транспорта предлагаемый срок службы: краткий – 7 лет, оптимальный – 10 лет, длительный – 12 лет.

Основные направления утилизации и ликвидации пластмассовых отходов следующие:

Захоронение отходов пластмасс на полигонах и свалках, которое пока наиболее широко распространенно у нас в стране, может рассматриваться лишь как временная мера их утилизации, так как пластмассы подвергаются разложению чрезвычайно медленно. При этом методе из сферы возможного полезного использования изымаются тысячи тонн ценного вторичного сырья.

Переработка пластмассовых отходов по заводской технологии – наиболее оптимальный метод их использования Рис. 1.

Первая стадия включает сортировку отходов по внешнему виду, отделение непластмассовых компонентов, таких как ветошь, остатки бумажной или деревянной тары, металлических предметов и т. д. Вторая стадия – одна из наиболее ответственных в процессе. В результате одно - или двустадийного измельчения материал приобретает размеры, достаточные для того, чтобы можно было осуществлять его дальнейшую переработку.

На третьем этапе дроблёный материал подвергают отмывке от загрязнений органического и неорганического характера различными растворами, моющими средствами и водой, а также отделяют его от неметаллических примесей.

Четвёртая стадия зависит от выбранного способа разделения отходов по видам пластмасс. В случае если предпочтение отдаётся мокрому способу, сначала производят разделение отходов, а затем их сушку. При использовании сухих способов вначале дроблёные отходы сушат, а затем классифицируют.

Пятая и шестая стадии состоят в том, что высушенные дроблёные отходы смешивают при необходимости со стабилизаторами, красителями, наполнителями и другими ингредиентами и гранулируют. Часто на этой же стадии отходы смешивают с товарным продуктом.

Седьмой, заключительной стадией процесса является переработка гранулянта в изделия. Эта стадия практически мало, чем отличается от процессов переработки товарного продукта с точки зрения применяемого оборудования, но часто требует специфического подхода к выбору режимов переработки.

Полная реализация описанной схемы на практике является дорогостоящим и трудоёмким процессом, поэтому внедрение её довольно ограничено.


1. Предварительная сортировка и очистка

2. Измельчение

3. отмывка и сепарация

4. Классификация по видам




5. Сушка

6. Конфекцирование и гранулирование

7. Переработка в изделия



Рис.8.1 Схема переработки отходов пластмасс

Лекция 8

Экономия топлива и рабочих жидкостей
В настоящее время существуют различные способы экономии топлива от специальных добавок-кондиционеров, до разработки экономичных режимов работы машины. Рассмотрим некоторые из них.

1. Один из примеров это применение специальных препаратов. В настоящее время наиболее распространены препараты этой группы на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) или тефлона, (занесенного в Книгу рекордов Гиннесса в качестве самого скользкого материала в мире). Разработчиком, обладателем зарегистрированной торговой марки «Teflon» и одним из первых производителей тефлоновых препаратов для автохимии (DLX-600 и др.), является американская фирма «DuPont de Neumours & Company» (Дюпон), которая, однако, в настоящее время прекратила выпуск препаратов этого класса.

Полимерсодержащие препараты в основном применяются для повышения надежности и экономичности двигателей и могут быть введены посредством «специальной обработки» (введением аэрозолей через впускные трубопроводы дизелей или карбюраторы бензиновых двигателей) или в качестве добавки к моторному маслу.

В процессе обработки ПТФЭ покрывает трущиеся поверхности деталей, что заменяет трение металла о металл трением полимер по полимеру, что приводит к увеличения сроков службы обработанной полимерами техники, снижению расхода топлива и смазочных материалов, на другие положительные факторы.

Краткая характеристика некоторых полимерных препаратов

Наименование препарата

Назначение

Состав и

комментарии

SLIDER 2000 PTFE

Slider 2000,

Великобритания

Восстановление компрессии, снижение потерь на трение и износа деталей, повышение мощности и экологичности двигателя

Содержит ультрадисперсные частицы PTFE (тефлона), покрывающие трущиеся поверхности

Teflon Motor Guard

StepUp Brands Inc., США


Восстановление компрессии, стабилизация давления масла, подвижности поршневых колец на изношенных двигателях, облегчение запуска двигателя в зимнее время, увеличение срока службы и мощности двигателя

Содержит активированные частицы тефлона и комплекс присадок, образующих сверхскользскую пленку, сохраняющуюся после смены масла.

9 Profix (Hi-Energy TE)

OOO НПФ

«Лаборатория

Триботехнологии

Россия


Защита двигателя посредством добавления в моторное масло любого типа увеличение эффективной мощности и крутящего момента пробега, уменьшение расхода топлива и масла, снижение шума и вибраций и т.д.

Содержит ультрадисперный политетрафторэтил (тефлон), добавка которого обеспечивает защиту двигателя до 80 тыс. км.

Универсальный

модификатор-2

«Автокон-инвест»

Россия

Снижение длительности износостойкости соединений, компрессии и мощности двигателя, снижения расхода топлива и смазочных материалов

Содержит жидкий фторопласт, тефлон, покрывающий трущиеся поверхности молекулярной пленкой.


J-POWER

Radiator Specialty Company,

США

Антифрикционное противоизносное покрытие для снижения потерь на трение, увеличения ресурса и повышения надежности двигателя

Содержит политетрафторэтилен (тефлон). повторно применять только через 300 км пробега.

1st Blaster With TFE

Hi-Gear Products Inc., США


Смазывание, защита от коррозии и замерзания

Проникающая защита и. смазка с тефлоном, облегчение работы штоков телескопических амортизаторов, замков и др. механизмов, удаление влаги, разборочные работы и т.д., облегчение работы штоков, содержит пассивирующие и преобразующие ржавчину компоненты.

S .iattava LukKo Oljy

Pontibol. Финляндия

Смазывание, защита от коррозии и замерзания облегчение работы механизмов и замков удаление влаги

Синтетическое масло г, микрочастицами PTFE

(тефлона)

Silicone Spray

Antistatisch

SCT-Vertnebe GmbH, Германия.


Смазка соединении металла и пластика, устранение скрипа, восстановление эластичности ретины снижение коэффициента трения и т.д.

Водоотталкивающая силиконовая смазка, не содержащая минеральных масел



2. Применяется различное оборудование для экономии топлива, например типа FUELMAX

FM - небольшое резонансное устройство, которое устанавливается вблизи карбюратора или инжектора, позволяет экономить топливо - бензин, дизтопливо, увеличить мощность двигателя, продлить срок его службы и снизить выброс вредных веществ в атмосферу.

Принцип действия: Принцип действия основан на резонансе, который возникает в углеводородной цепочке при последовательном ее прохождении через целый спектр частот магнитного поля с индукцией около 7000 Гаусс. Раздробленное таким образом на более мелкие фрагменты топливо сгорает эффективнее. Получать такой эффект позволяют ТОЛЬКО магниты неодимовой группы.



Результат -Улучшение технико-экономических показателей работы двигателя с одновременным снижением расхода топлива (бензин или дизтопливо) и токсичности выхлопных газов.

Основными элементами FM являются магниты, выполненные на основе неодима (Nd).





Примеры установки (на разных двигателях)





преимущества использования "+"

+ длительный срок службы

+ не требует дополнительной энергии, удобство и произвольное место монтажа.

+ экономия топлива, устранение недожега топлива, снижение вредных выбросов

+ нет необходимости в дополнительных химических добавках или использовании механических устройств.

+ не критично к твердым примесям в топливе.

+ устанавливается на любые двигатели.

недостатки "-"

- мизерный срок активирования топлива (2-5 сек.).

- необходимость установки перед каждой форсункой или карбюратором.

- слабая эффективность при большом или резком увеличении потребления топлива (не исследованы переходные процессы).

- не применим к мощным потребителям топлива - танки, тягачи, мазутные котлы, корабельные двигатели.

- высокая стоимость оборудования

(4-х цилиндровый двигатель 4Ч33=132 доллара)


3. Специальная обработка углеводородных топлив - солярка, бензин, мазут, с целью улучшения их качеств.

Исследования по воздействию таких устройств на углеводороды только начинаются, но первые результаты химических исследований, показывают реальную экономию топлива:

1. Происходит резкое сокращение содержания хлорорганики;

2. Уменьшение содержания выбросов вредных сернистых соединений;

3. Уменьшение содержания парафина.

4. Происходит сокращение потребления ( экономия ) топлива минимум на 10% даже на автомобилях оснащенных инжекторами, в 3 - 4 раза сокращается содержание СО и СН в отработанных газах. И это все происходит без дополнительной регулировки двигателя, карбюратора или инжектора.




4. Применение топливо-водяных смесей.

В качестве примера можно привести - соляро-водную смесь "аквазоль". Такой состав должен обеспечить снижение вредных выхлопов, в том числе сажи, на 80%, а окислов азота - на 30%. Отличными показателями новое топливо обязано прежде всего воде: именно она снижает температуру в камере сгорания и препятствует образованию окислов азота. Кроме того, ее активное испарение обеспечивает лучшее распределение топливной смеси в цилиндре и, как следствие, более полное сгорание и меньшее количество сажи. "Аквазоль" можно применять на всех дизельных двигателях без какой-либо переналадки.

  1   2


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации