Влияние надежности машин на производительность

Детали второй группы характеризуются  примерно в 9 раз большим сроком службы, чем детали первой группы. Ко второй группе относят детали приводных и тяговых цепей, канаты, зубчатые колеса открытых передач, блоки, втулки.

 

К третьей группе относят детали ходовой части и силовой передачи (оси, валы, зубчатые колеса закрытых передач), которые выходят из строя в основном вследствие абразивного изнашивания и срок службы которых примерно в 3 раза больше срока службы деталей второй группы.

Четвертую группу составляют детали со сроком службы, равным продолжительности работы машины до капитального ремонта.

К деталям пятой группы относят  базовые детали, элементы металлоконструкций, которые выходят из строя вследствие появления трещин, изломов и других повреждении.

3.3. Допустимые и недопустимые  виды износа 

В связи с проблемой надежности все виды износов могут быть разбиты на две группы: к первой группе относят допустимые износы, а ко второй – недопустимые (повреждаемость).

Простой и наиболее распространенной разновидностью допустимого изнашивания  является окислительное изнашивание.

К недопустимым разрушениям относят  схватывание I и II рода, изнашивание  при фреттинг-коррозии, абразивное изнашивание, а также прогрессивное  выкрашивание материала рабочей  поверхности детали в результате усталостных изменений.  

Деталь, работающая в условиях окислительного изнашивания

Кулачковый вал

Детали, работающие в условиях недопустимого  изнашивания 

Дефект детали, вызванный усталостным  изнашиванием

    Дефект конической шестерни, вызванный смятием 

Схема перехода от допустимого к  недопустимым видам износа при нарушении режимов эксплуатации машин

Схватывание I рода

       Процесс, развивающийся  в результате возникновения локальных  металлических связей, их деформации  и разрушения с отделением  частиц металла с рабочей поверхности  и налипанием их на противоположную поверхность.

      Этот процесс проходит  при малых скоростях относительного  скольжения поверхностей трения  и больших удельных нагрузках,  превышающих предел текучести  металла на участках фактического  контакта.

Конструктивные методы устранения:

      Подбор пар сопряжения  по твердости и уменьшение  пластичности материала.

      Физико-химическая  защита (обмеднение, наплавка латунью  или бронзой и так далее).

     Эксплуатационные  мероприятия–применение соответствующих  смазочных материалов.

Схватывание II рода

   Развивается при  больших скоростях скольжения  и высоких давлениях. Этот процесс  сопровождается значительным повышением  температуры рабочих поверхностей  деталей, образованием трещин, вырыва  частиц металла с одной из  поверхностей и переносом их на другую.

Методы устранения:

Конструктивными способами  – охлаждение и теплоотвод.

Технологическими способами  – увеличение теплоустойчивости  сталей (термообработка, легирование  вольфрамом, титаном, ванадием и другими  металлами).

Эксплуатационные мероприятия – работа в оптимальных режимах.

Процессы схватывания I и II рода характерны для подшипников  качения и зубчатых колес механических передач.

Абразивное изнашивание 

  Является наиболее  распространенным на практике  – возникает в результате режущего или царапающего действия твердых тел или частиц. Абразивное изнашивание возникает в результате проникновения твердых абразивных частиц с воздухом, смазкой, топливом в сопряжения трения, а также обусловлено образованием в парах трения продуктов износа.

Методы устранения:

Конструктивными способами  – установка фильтров там где  это возможно, создание конструкции  узлов, исключающие попадание абразива.

Технологические способы  – использование специальных  сталей.

Эксплуатационные мероприятия  – рациональные углы установки рабочего органа.

Этому виду изнашивания  подвержены элементы ходовой части, трансмиссии, а также рабочие  органы дорожных машин.

Усталостное изнашивание 

        Происходит  в результате многократного деформирования  микрообъемов материала поверхностей трения или отдельных ее участков, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц.

        Под действием  нагрузок, на рабочей поверхности  возникают усталостные микротрещины, которые, постепенно смыкаясь, приводят  к образованию частиц износа. Этот процесс приводит к интенсивному выкрашиванию материала на поверхности детали.

    Методы устранения:

Выбор соответствующего теплового  режима.

Подбор материалов деталей.

Обоснованный выбор смазочного материала

Усталостные повреждения  возникают в деталях машин при трении качения с проскальзыванием.

Усталостное изнашивание  характерно для деталей зубчатых передач, подшипников качения 

 

 

 

4 Эксплуатационные материалы. 
4.1. Общие свойства топлив, и их влияние на работу ДВС и требования к ним 

Для современных дорожных и строительных машин оснащенных гидроприводом и вновь создаваемых машин большой единичной мощности и производительности с форсированными ДВС требуется в большом количестве топлив, моторных, гидравлических и трансмиссионных масел, пластических смазок высокого качества.

В связи с этим проблема рационального и эффективного использования  ТСМ на современном этапе является одной из актуальных.

В связи с повышением роли и значения ТСМ в экономике  привело к появлению новой  прикладной отрасли науки, получившей название «химмотологии» от слов химия, мотор и логия (наука). 

Химмотология – наука  об эксплуатационных свойствах, качестве и рациональном применении в технике  топлив, смазок и специальных жидкостей 

Основные задачи химмотологии

– обоснование оптимальных требований к качеству ТСМ;

– усовершенствование технических  характеристик двигателей и машин, повышающих надёжность, долговечность  и экономичность их работы в условиях применения ТСМ, которые удовлетворяют  установленным оптимальным требованиям;

– создание новых сортов ТСМ и разработка основ их унификации;

– выявление оптимальных  условий, обеспечивающих сохранность, снижение потерь и восстановление качеств  ТСМ при хранении, транспортировании, заправке и применении;

– внедрение квалификационных методов и их комплексов для оценки эксплуатационных свойств ТСМ и другие.

Общие требования, предъявляемые  к качеству всех сортов топлива 

– топлива должны обладать высокими эксплуатационными свойствами, обеспечивающими надежную и экономичную  работу двигателя (не вызывать детонацию, нагарообразование, лакообразование, коррозию, обладать пусковыми свойствами и другими);

– топливо не должно вызывать особых затруднений при хранении, транспортировании, перекачке и  заправке в баки машин;

– топливо не должно быть токсичным и не должно вызывать опасности загрязнения окружающей среды.

Испаряемость – одно из важнейших свойств топлив

Испаряемость характеризует способность  топлива переходить из жидкого состояния  в газообразное.

В паспортах характеризующих качество топлив, испаряемость оценивают фракционным составом.

Фракционный состав (содержание тех  или иных фракций) бензина принято  оценивать температурой начала перегонки (кипения), температурами, при которых  выкипает 10, 50, 90% объёма и температурой конца перегонки, а также остатком в колбе после испарения жидких фракций.

Фракционный состав топлив

1, 2 – зимний и летний бензины; 3, 4 – зимнее и летнее дизельные  топлива; 5 – авиационный бензин 

1. Лёгкие фракции бензинов

Эти фракции необходимы для пуска  и прогрева двигателя. Для нормального пуска холодного двигателя в теплое время года температура выкипания 10% топлива не должна превышать 70–90˚С.

Зимние бензины выпускаются  с пусковыми фракциями с температурой выкипания 55–65˚С. Это позволяет  завести двигатели при температурах –20…–25˚С.

Высокое количество пусковых фракций в топливе нежелательно. В этом случае в дизельных двигателях происходит более резкое (жёсткое ) сгорание топлива. В топливопроводах  могут образовываться газовые и  паровые пробки, что приводит к нарушению нормальной работы двигателя (падает мощность, глохнет и его невозможно завести пока не остынет).

2. Рабочая фракция 
(основная часть)

От этой фракции зависит  характер работы двигателя, продолжительность  прогрева, возможность перехода с  одного режима на другой.

Рабочая фракция нормируется  температурой выкипания 50% объема топлива  и чем эта температура ниже, тем однороднее состав и устойчивее работа двигателя.

Желательно, чтобы эта  часть кривой была как можно круче.

3. Тяжелая фракция 
(хвостовая часть)

Она характеризуется  температурами от выкипания 90% объема топлива до точки конца кипения.

Чем меньше разница температур между этими точками, тем лучше  качество топлива, выше экономичность  двигателя и ниже износ двигателей.

Эта фракция плохо  испаряется, оставаясь в жидком состоянии, проникает в картер, смывает смазку, разжижают масло, что приводит к более интенсивному износу деталей и повышенному расходу топлива.

Выхлопные газы становятся очень тёмными, увеличивается нагар  в зоне цилиндропоршневой группы и закоксовываются распылители форсунок.

Давление насыщенных паров

Для бензинов давление насыщенных паров нормируется.

Для летних сортов бензинов во избежание образования газовых  пробок, оно должно быть меньше 500 мм. рт. с.

Зимние бензины для облегчения пуска двигателя в холодное время имеют большее давление 500 – 700 мм. рт. с.

Температура вспышки

Температура, при которой  пары нефтепродукта с воздухом образуют горючую смесь, вспыхивающая при  поднесении открытого источника  огня.

Температура вспышки бензинов очень низка: их пары вспыхивают, если даже бензин вылить на снег.

Керосин и некоторые  дизельные топлива также легко  воспламеняются при положительных  температурах соответственно 25-30˚С и  свыше 35˚С.

Температура застывания

Температура при которой жидкость теряет подвижность, у бензинов очень низкая ниже –40˚С.

У дизельных топлив в зависимости  от химического состава температура  застывания составляет 5…0˚С и от  –30 до –45˚С.

В стандартах и паспортах качества на бензины вязкость, температура  вспышки и застывания не нормируется, а для дизельных топлив эти показатели ограничены

Смоло – и нагарообразование  в двигателях

  В топливах различают фактические  смолы (то есть находящиеся  в топливе в момент их определения  в растворенном состоянии) и  смолообразующие вещества (потенциальные смолы). Стандартами нормируется содержание фактических смол в миллиграммах на 100 мл топлива.

  Для бензинов   – 7 … 15 мг/100мл;

  Для дизельных топлив –  30 … 60 мг/100мл.

  Если наличие смол в топливах  превышает в 2…3 раза норму, то моторесурс карбюраторного двигателя снижается на 20…25%, а дизельного на 40%.

  В стандартах на дизельное  топливо нормируется коксуемость  и зольность повышенное содержание, которых приводит к образованию  нагара 

Коррозионные свойства

   Коррозии подвергаются резервуары, цистерны, топливные баки, трубопроводы, детали топливоподающей аппаратуры.

   В топливах могут быть  следующие коррозионно-агрессивные  соединения:

водорастворимые (минеральные) кислоты  и щелочи;

активные сернистые  соединения;

вода;

органические кислоты.

   В топливах  не допускается содержания водорастворимых  кислот и щелочей, а также  воды.

Сернистые соединения

По коррозионной агрессивности  подразделяются на активные и неактивные.

Активные коррозируют  при обычных температурах (это сера, сероводород и меркаптаны)

Неактивные сернистые  соединения в процессе сгорания образуют серный ангидрид и сернистый, которые  растворяясь в воде образуют серную и сернистую кислоты

Эти кислоты вызывают резкое возрастание износа деталей  двигателя в 1,5…2 раза.

Допустимые значения серы в топливах:

Для бензинов   – 0,12 … 0,15 %;

Для дизельных топлив – до 0,5%, а в некоторых до 1%.  

Органические соединения

Содержание органических кислот в топливах характеризуют  кислотностью.

По ГОСТам её нормируют количеством щелочи (в миллиграммах), потребной для нейтрализации кислот содержащихся в 100мл топлива.

Допустимая кислотность  составляет:

Для бензинов   – до 3 мг/100мл;

Для дизельных топлив – до 5 мг/100мл.

Методы борьбы с сернистой  и кислотной коррозией

Постоянное увеличение объемов переработки высокосернистой  нефти приводит к поиску новых  методов борьбы с сернистой и  кислотной коррозией.

К этим методам можно  отнести:

– добавка присадок в  топливо;

– изготовление деталей  из легированных, нержавеющих сталей, их покрытие коррозионно-устойчивыми материалами (хромирование);

– подбор для каждого  типа двигателя моторного масла.

 

Лекция 5

Топлива для карбюраторных  и дизельных двигателей и их влияние  на работоспособность ДВС

5.1. Топлива для карбюраторных  двигателей

Автомобильный бензин –  это смесь углеводородов, имеющих  температуру кипения от 40 до 60˚С.

Карбюраторный двигатель  будет надёжно и эффективно работать, если бензин удовлетворяет следующим  эксплуатационным требованиям:

1) имеет высокие карбюраторные свойства, то есть образует такую горючую смесь, которая обеспечивает лёгкий пуск двигателя и устойчивую его работу на всех режимах;

2) не вызывает детонации  двигателя, то есть обладает  высокой детонационной стойкостью;

     3) образует, возможно, меньшее количество смол в баках и топлив проводящей аппаратуре и нагаров на горячих деталях двигателя;