Контрольная работа по "Эксплуатационным материалам"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ЧЕЛЯБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ

Факультет: Механизации сельского хозяйства

Кафедра: Теплогазоводоснабжения сельского хозяйства

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

 

Вариант № 18.

 

 

 

 

Студент:  «_____» _________2012г.    Шагин О. С.                                                       Группа:  271  

Руководитель: «_____» _________2012 г.   Кельдышев В.А.

 

 

 

Челябинск 2013

Задача 1

Определить низшую теплоту сгорания рабочего топлива, если известны его высшая теплота сгорания QB и содержание водорода HP и воды WP.

Как производится определение теплоты сгорания топлива опытным путем?

 

Исходные данные:

Высшая теплота сгорания топлива QB , кДж/кг: 38600

Содержание водорода в топливе HP , %:   15,05

Содержание воды в топливе WP , %:   0,40

 

Решение:

Удельной теплотой сгорания твердых и жидких топлив называют теплоту, выделяемую при полном сгорании 1 кг массы топлива.

Теплоту сгорания (кДж/кг) вычисляют по формулам Менделеева Д.И.:

;

.

В этих формулах

QB – высшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

QН – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

С, Н, О, S, W – соответственно углерод, водород, кислород, сера и вода в составе топлива.

Элементарный состав топлива выражается в процентах, численные коэффициенты показывают теплоту сгорания отдельных элементов, деленную на 100.

 

В данном варианте задачи, низшая теплота сгорания рабочего топлива будет равна:

 

Опр еделение теплоты сгорания опытным путем производится в специальных приборах – калориметрах. Суть метода заключается в сжигании навески испытываемого топлива или определенного объема газа в калориметрической бомбе в среде сжатого кислорода и в определении количества теплоты, выделившейся при сгорании.

 

Задача 2

Даны результаты определения октанового числа по моторному методу, исследования фракционного состава и давления насыщенных паров автомобильного бензина летнего вида.

Оценить детонационную стойкость бензина, его пусковые свойства, приемистость двигателя при работе на этом бензине, полноту испарения и склонность к нагарообразованию.

Будет ли происходить смыв масла со стенок цилиндра при работе двигателя? Возможно ли образование в жаркие дни в системе питания паровых пробок?

 

Исходные данные:

Марка автомобильного бензина:     А-72

Октановое число бензина по моторному методу:  72/М

Температура перегонки 10% бензина, ºС:   74

Температура перегонки 50% бензина, ºС:   111

Температура перегонки 90% бензина, ºС:   176

Давление насыщенных паров, МПа:    66500

 

Решение:

Детонационная стойкость бензинов оценивается условной единицей, называемой октановым числом.

Для данного низкооктанового автомобильного бензина марки А-72 октановое число по моторному методу составляет 72 единицы, значит, его детонационная стойкость соответствует требованиям ГОСТ 2084-77.

Пусковые свойства современных автомобильных бензинов контролируются тремя показателями: температурой начала перегонки, температурой перегонки 10% бензина и давлением насыщенных паров бензина. В соответствии с ГОСТ 2084-77 10% автомобильного бензина должны перегоняться при температуре не выше 70ºС.

Температура перегонки 10% у указанного в задании бензина составляет 74ºС, что не соответствует требованиям ГОСТ 2084-77 и может привести к образованию паровых пробок, перебоям в работе двигателя и его самопроизвольной остановке.

Приемистостью двигателя называют его способность в прогретом состоянии под нагрузкой быстро переходить с одного режима на другой. Приемистость двигателя зависит от температуры перегонки 50% бензина. По ГОСТ 2084-77 температура перегонки 50% топлива у бензинов летнего вида должна быть не более 115ºС.

Температура перегонки 50% у указанного в задании бензина составляет 111ºС, что соответствует требованиям ГОСТ 2084-77. Это значит, что бензин быстро испаряется во впускном трубопроводе, наполнение цилиндра горючей смесью улучшается, что в свою очередь приводит к повышению мощности двигателя.

Температура перегонки 90% и конца кипения бензина характеризует полноту испарения бензина. В соответствии с требованиями ГОСТ 2084-77 температура перегонки 90% топлива у бензинов летнего вида должна быть не более 180ºС.

Температура перегонки 90% у указанного в задании бензина составляет 176ºС, что соответствует требованиям ГОСТ 2084-77. При использовании данного бензина, в двигателе не будет происходить разжижения и снижения вязкости моторного масла тяжелыми фракциями бензина, что положительно отразится на качестве смазки трущихся поверхностей.

В соответствии с ГОСТ 2084-77 у бензина марки А-72 давление насыщенных паров бензина должно быть не более 66,7 кПа. У указанного в задании бензина данный показатель составляет 66,4 кПа, что не приведет к образованию паровых пробок в системе питания даже в жаркую погоду.

Вывод: указанный в задании низкооктановый автомобильный бензин марки А-72 по большинству показателей соответствует ГОСТ-2084-77. Исключение составляет температура перегонки 10% бензина, что говорит о его неудовлетворительных пусковых свойствах.

 

Задача 3

Установите марку дизельного топлива, предназначенного для работы в тракторах и автомобилях при заданной температуре окружающего воздуха. Определите вид топлива, если содержание серы в нем известно. Как отразится величина цетанового числа на работе дизельного двигателя и содержание фактических смол на его техническое состояние? Укажите для установленной марки дизельного топлива температуры помутнения, застывания и вспышки. Как влияет величина этих параметров на качество топлива?

 

Исходные данные:

Температура окружающего воздуха, ºС:    - 40

Цетановое число:        48

Массовая доля серы:        0,05

Концентрация фактических смол, мг на 100 см3 топлива:  27

 

Решение:

Параметрам, заданным в исходных данных, согласно ГОСТ 305-85, отвечает дизельное топливо марки А-0,2, т.к. температура окружающей среды, в которой будет использоваться данное дизельное топливо, равна -40ºС (холодная климатическая зона). По содержанию серы определяем, что это дизельное топливо I вида.

По требованию ГОСТ 305-85 цетановое число дизельных топлив для высокооборотных двигателей внутреннего сгорания должно быть не менее 45. Цетановое число дизельного топлива влияет на множество показателей работы двигателя: пусковые характеристики, максимальное давление сгорания, удельный расход топлива, нагарообразование в двигателе, температуру, дымность и запах отработавших газов. С увеличением цетанового числа топлива до 50 показатели работы двигателя улучшаются.

По ГОСТ 305-85 содержание фактических смол для дизельного топлива марки А-0,2 должно быть не более 30 мг/100 см3. Содержание фактических смол у указанного в задании дизельного топлива не превышает допустимое значение и равно 27 мг/100 см3. Следовательно, при использовании данного топлива не будет происходить нагарообразования.

Температурой помутнения называют температуру, при которой меняется фазовый состав топлива: наряду с жидкой фазой появляется твердая. При этом топливо мутнеет из-за выделения микроскопических кристаллов льда (если в топливе имеется вода) и твердых углеводородов. Температура помутнения дизельного топлива должна быть ниже температуры окружающего воздуха.

Температурой застывания называют температуру, при которой топливо полностью теряет подвижность. Для нормальной работы дизельного двигателя необходимо, чтобы температура застывания топлива была на 8-12ºС ниже температуры окружающего воздуха.

Температурой вспышки называют минимальную температуру, при которой пары топлива, нагреваемого в закрытом тигле, образуют с окружающим воздухом горючую смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Температура вспышки в закрытом тигле арктических дизельных топлив для дизелей общего назначения должна быть не ниже 3ºС.

Выбранное согласно исходным данным дизельное топливо марки А-0,2 имеет следующие низкотемпературные свойства (по ГОСТ 305-85):

• tпомутнения – не регламентируется;
• tзастывания = -55ºС;
• tвспышки в закрытом тигле = 30ºС.

 

Вывод: исходя из заданной температуры окружающего воздуха и содержанию серы, была установлена марка дизельного топлива для исправной работы дизельных двигателей в требуемых условиях, а также указаны низкотемпературные характеристики. Указанное в задании цетановое число отвечает требованиям ГОСТ 305-85, что также допускает использование данного дизельного топлива в тракторах и автомобилях.

 

Задача 4

Даны группа моторного масла по эксплуатационным свойствам, класс вязкости и значение кинематической вязкости при 100ºС. Содержит ли это масло загущающую (вязкостную) присадку? Укажите, выпускается ли оно в настоящее время и допускается ли к назначению во вновь разрабатываемую и модернизированную технику? Как определяется кинематическая вязкость масла?

 

Исходные данные:

Тип двигателя:      Д

Класс вязкости:      8

Кинематическая вязкость при 100ºС, сСт: 8

 

Решение:

По эксплуатационным свойствам моторное масло группы Д предназначается для использования в высокофорсированных дизельных двигателях с наддувом, работающих в тяжелых эксплуатационных условиях. Такой тип дизельных двигателей требует использования моторных масел с высокой нейтрализующей способностью, антикоррозийными и противоизносными  свойствами, малой склонностью к образованию всех видов отложений.

 

Этим требованиям отвечают следующие моторные масла:

 

• М – 8 – Д (зимнее);
• М – 4з/8 – Д (цифра 4 означает класс вязкости масла, у которого величина вязкости при температуре -18ºС находится в пределах 1300 – 2600 сСт; буква «з» означает, что масло содержит загущающие присадки и может быть использовано всесезонно; число 8 означает вязкость при 100ºС в сСт).

Данные марки моторных масел имеют класс вязкости 8 и кинематическую вязкость при температуре 100ºС от 0,7 до 10,5 сСт, как и требуют исходные данные. Эти моторные масла допускаются к назначению во вновь разрабатываемую и модернизированную технику, т.к. обладают хорошими эксплуатационными свойствами благодаря современным присадкам.

Кинематическая вязкость масла определяется по формуле:

,

где - динамическая вязкость масла; - плотность масла; единицы измерения м2/с, сСт (сСт = мм2/с).

Вывод: по указанному в задании классу вязкости моторного масла, его кинематической вязкости при 100ºС и группе по эксплуатационным свойствам были определены марки моторных масел, отвечающих этим требованиям.

 

Задача 5

Установите группу и марку моторного масла, предназначенного для работы двигателя указанной форсированности в определенный период года. Оцените вязкостно-температурные свойства масла по величине индекса вязкости и его склонность к лако- и нагарообразованию по значению термоокислительной стабильности.

 

Исходные данные:

Двигатель:      высокофорсированный

Время года:        зима

Индекс вязкости:       75

Термоокислительная стабильность при 250ºС, мин:  45

Решение:

В данном варианте задания требуется установить группу и марку моторного масла, предназначенного для работы в высокофорсированном дизельном двигателе в зимний период времени, т.е. работа дизельного двигателя при низкой температуре окружающего воздуха.

Для высокофорсированных дизельных двигателей без наддува используются масла группы Г2. Зимнему моторному маслу соответствует масло, имеющее низкий класс вязкости. Исходя из этого, наиболее подходящим моторным маслом в данных условиях является масло марки М – 8 – Г2. 

Что касается вязкости масла, то в нашем случае, т.е. при низкой окружающей температуре, масло должно иметь малую вязкость для уменьшения крутящего момента при прокручивании коленчатого вала и обеспечения хорошей прокачиваемости масла в смазочной системе. Выбранная для конкретных условий марка моторного масла М – 8 – Г2 имеет индекс вязкости, равный 75, т.е. это масло первой серии (т.к. ИВ менее 100, имеет пологую вязкостно-температурную кривую). Скорее всего, масло с таким индексом вязкости будет неудовлетворительно работать в условиях низкой температуры окружающего воздуха. Для повышения индекса вязкости необходимо, чтобы в моторном масле присутствовали вязкостные присадки, т.е. требуется загущенное масло. Такие моторные масла обладают хорошими вязкостно-температурными свойствами, хорошей текучестью при низких температурах, обеспечивают легкий и быстрый пуск двигателя в холодное время года и минимальные потери мощности на трение, а также образуют небольшое количество нагара.

Еще одним важным показателем эксплуатационных свойств масла, оценивающим склонность моторных масел к лако- и нагарообразованию, является термоокислительная стабильность. Продукты окисления масла способствуют лако- и нагарообразованию на деталях поршневой группы, что может привести к закоксовыванию поршневых колец. Моторное масло должно обладать высокой термоокислительной стабильностью, т.е. под действием высокой температуры не образовывать на поверхностях поршневой группы двигателя лаковых отложений. Термоокислительная стабильность моторного масла выражается временем в минутах, в течение которого испытуемое масло при температуре 250ºС превращается в лаковый остаток, состоящий из 50% рабочей фракции и 50% лака.