Тема 1. Влияние конструкционных и эксплуатационных факторов и состава топлива на процесс горения.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И МОЛОДЕЖИ РЕСПУБЛИКИ КРЫМ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«СИМФЕРОПОЛЬСКИЙ ТЕХНИКУМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА И ПРОМЫШЛЕННОСТИ»

Методические указания по выполнению самостоятельного обучения

ПМ.04 Выполнение работ по одной или нескольким профессиям рабочих, должностям служащих

МДК 04.01 Слесарь по ремонту путевых машин и механизмов

Специальность: 23.02.04 Техническая эксплуатация подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования (по отраслям) (базовый уровень)

г. Симферополь 2016

Методические рекомендации разработаны на основе рабочей программы:

ПМ.04 Выполнение работ по одной или нескольким профессиям рабочих, должностям служащих

МДК 04.01 Слесарь по ремонту путевых машин и механизмов

для специальности: 23.02.04 Техническая эксплуатация подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования (по отраслям) (базовый уровень)

РАССМОТРЕНО на заседании

цикловой комиссии ПМ «__» ________ 20____ г. Протокол №____

Председатель цикловой комиссии ______________ Г.А. Авраменко

СОГЛАСОВАНО

Зам.директора по НМР

________________________И. В. Бравкова

« __» ________________ 20___ г

Разработал преподаватель

В.Н. Гень

Аннотация

Данные методические рекомендации разработаны на основе рабочей программы в помощь обучающимся, для освоения основного вида профессиональной деятельности (ВПД): Техническая эксплуатация подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудованияи соответствующих профессиональных компетенций (ПК):

1.	Проверить техническое состояние железнодорожно-строительных машин
2.	Осуществлять монтаж и демонтаж рабочего оборудования.
3.   4.	Осуществлять управление дорожными и строительными машинами   Выполнять земляные и дорожные работы, соблюдая технические требования и безопасность производства

С целью овладения указанным видом профессиональной деятельности и соответствующими профессиональными компетенциями обучающийся в ходе освоения профессионального модуля должен:

иметь практический опыт:

- осмотр механизмов, отдельных рабочих узлов, силовых установок

железнодорожно- строительных машин;

- применение ручного и механизированного инструмента;

- снятие и установка осветительной арматуры;

- техническое обслуживание машин;

- выявление и устранение неисправностей в процессе работы машин.

- участие в планово-профилактическом ремонте оборудования;

- заливка горючим и смазочными материалами.

- соблюдение правил техники безопасности при выполнении работ;

- монтаж и демонтаж щеток на барабане щеточного питателя

уметь:

- управление дорожными и строительными машинами

- выполнение земляных, дорожных, строительных работ;

- ремонт и текущее содержание верхнего строения железнодорожных путей, искусственных сооружений, земляного полотна и балластной призмы;

Эксплуатационные материалы

Тема 1. Влияние конструкционных и эксплуатационных факторов и состава топлива на процесс горения.

Учебные вопросы:

1. Влияние конструкционных и эксплуатационных факторов на процесс горения.

2. Влияние состава топлива на процесс горения.

В карбюраторных двигателях с искровым зажиганием на характер сгорания топлива влияют сле­дующие конструктивные факторы: степень сжатия; фор­ма камеры сгорания; расположение и количество искро­вых свечей зажигания; размеры гильз цилиндров; мате­риал поршней, головок блока и гильз цилиндров и др.

Рисунок 1- Увеличение литровой мощности за счёт повышение степени сжатия.

Одним из путей повышения экономичности двигате­лей, снижения их удельной массы,

увеличения литровой мощности является повышение степени сжатия (рис. 1). Однако беспредельно повышать степень сжатия нельзя, предельное ее значение равно 10...12. Дальнейшее увеличение е не приводит к росту термического к. и. д., но при этом зна­чительно возрастает сто­имость двигателя и тре­буется топливо с более высоким октановым чис­лом. Повышение степени сжатия вызывает увели­чение давления и темпе­ратуры в конце такта сжатия, что способствует самовоспламенению топ­лива. В результате самовоспламенения в цилиндре дви­ гателя развивается высокое давление, прежде чем пор­шень достигнет ВМТ. На преодоление этого давления затрачивается значительная часть мощности, что сни­жает технико-экономические показатели двигателя.

Другим способом повышения мощности и экономично­сти двигателя является применение наддува. Однако из-за резкого возрастания давления и температуры рабочей смеси, как и при повышении степени сжатия, требуется топливо с более высокой детонационной стойкостью.

Уменьшить детонацию можно также снижением тем­пературы рабочей смеси, что достигается более интен­сивным ее охлаждением. Этому способствует более со­вершенная конструктивная форма камеры сгорания, использование для деталей металла с большей теплопро­водностью и т. д. Например, изготовление поршней из алюминия, с более высокой теплопроводностью в срав­нении с чугуном, позволяет снизить температуру рабочей смеси и, как следствие этого, уменьшить детонацию.

На характер сгорания рабочей смеси оказывают су­щественное влияние диаметр поршня, место расположе­ния и число искровых свечей зажигания. Так, увеличе­ние диаметра цилиндра или применение только одной свечи удлиняют путь прохождения фронта пламени. В результате этого возрастает время сгорания рабочей смеси, а в несгоревшей ее части резко повышается давление что интенсифицирует возникновение детонации. Условия для нормального сгорания рабочей смеси в этом случае ухудшаются еще и потому, что поверхность охлаждения, приходящаяся на единицу объема камеры сгорания, уменьшается, а значит, рабочая смесь охлаж­дается слабее.

На рисунке 2 представлена графическая зависи­мость диаметра цилиндра двигателя, степени сжатия и октанового числа бензина. Конструкция будет тем со­вершеннее, чем менее требователен двигатель при одной И той же степени сжатия, к детонационной стойкости бензина.

В качестве эксплуатационных факторов, влияющих на процесс сгорания рабочей смеси, следует отметить, угол опережения зажигания, частоту вращения коленча­того вала двигателя, коэффициент избытка воздуха, влажность и атмосферное давление воздуха, тепловой режим и нагрузку двигателя, нагарообразование на де­талях камеры сгорания и др.

Для получения максимальной мощности двигателя необходимо установить для него строго определённый угол опережения зажигания рабочей смеси. Однако с увеличением этого угла ра­бочая смесь воспламеняется при более низком давлении и температуре, что

Рисунок 1- Зависимость между степеныо сжатия, диаметром цилиндра двигателя и

октановым числом топлива.

ухудша­ет оптимальные условия процесса горения смеси.

Кроме того, к концу сгора­ния топлива, температура и давление рабочей смеси значительно возрастают, что создает наиболее благоприятные условия для образования и накопления смеси перекисных соединений, вызывающих детона­цию. Чтобы ликвидировать детонацию, следует уменьшить угол опережения зажигания. Тогда мощ­ность двигателя несколько снижается, однако потерь мощности можно избежать, если применить бензин с бо­лее высокой детонационной стойкостью. В этом случае уменьшение угла опережения зажигания целесообразно применять только как временную меру.

С увеличением частоты вращения коленчатого вала скорость распространения фронта пламени повышается и одновременно уменьшается время, отводимое на сго­рание топлива. Следовательно, увеличение частоты вра­щения коленчатого вала является одним из способов предотвращения или устранения детонации.

Скорость сгорания топлива, как уже отмечалось, за­висит от состава смеси, т. е. коэффициента избытка воз­духа. Наибольшая скорость протекания предпламенных процессов окисления в рабочей смеси наблюдается при α=0,9... 1,1, т. е. в данном случае соз­даются наиболее благоприятные условия для появления детонации. Обеднение и обогащение топливовоздушной смеси будет уменьшать проявление детонации; в первом случае увеличивается расход теплоты на подогрев из­лишнего воздуха, а значит, снижается температура сме­си; во втором понижается концентрация кислорода и, следовательно, уменьшается интенсивность образования перекисей.

Детонацию можно предотвратить, снижая температуру рабочей смеси при сгорании. Это возможно при хорошем охлаждении деталей двигателя и интенсивном отводе теплоты от стенок камеры сгорания. Увеличение влажности подаваемого в двигатель воздуха или впрыск воды в цилиндр также снижают температуру рабочей смеси за счет того, что вода отнимает часть теплоты на свое испарение. Кроме того, водяные пары в составе ра­бочей смеси действуют как инертные газы, препятствуя образованию перекисей.

При уменьшении открытия дросселя детонация так­же снижается. Это объясняется тем, что увеличивается количество остаточных газов в рабочей смеси, концент­рация кислорода снижается, препятствуя образованию перекисей.

Нагароотложения на поверхностях деталей камеры сгорания увеличивают возможность возникновения де­тонационного сгорания. Теплопроводность нагара, по­крывающего стенки головки цилиндров и поршня, при­мерно в 50 раз меньше, чем теплопроводность чугуна или стали. Наличие отложений ухудшает отвод тепло­ты от рабочей смеси и вместе с тем как бы увеличивает степень сжатия. Аналогично действует образование на цилиндрах и деталях системы охлаждения накипи, об­ладающей низким коэффициентом теплопроводности.

Снижение атмосферного давления в некоторой сте­пени уменьшает возможность детонации, ибо в этом случае уменьшается массовый заряд, а значит, давление и температура рабочей смеси, что не создает условий для интенсивного образования перекисей.

Все те конструктивные и эксплуатационные факторы, которые способствуют снижению давления, температу­ры и времени сгорания рабочей смеси, будут уменьшать возможность образования и накопления перекисей, а значит и детонацию.

Процесс горения топлива в значительной степени оп­ределяется его химическим составом и молекулярным строением углеводородов. Углеводороды, входящие в состав топлива, обладают неодинаковой детонационной стойкостью, причем она различна даже для одной груп­пы и зависит от строения молекулы.

Парафиновые углеводороды нормального строения весьма склонны к детонационному сгоранию, а и-парафины, имеющие разветвленные цепи, обладают высокой детонационной стойкостью. По мере увеличения молеку­лярной массы склонность к детонации н- и и- парафинов снижается.

Нафтеновые углеводороды занимают по детонацион­ной стойкости промежуточное положение между н- и и-парафинами. Стойкость возрастает с увеличением раз­ветвленности присоединенной к углеводороду цепи и снижается при увеличении длины боковых цепей.

Ароматические углеводороды имеют наиболее высо­кую детонационную стойкость. Октановые числа таких ароматических углеводородов, как бензол, толуол, кси­лол, составляют 100 ед. и выше. Характер строения бо­ковой цепи, присоединенной к ароматическому ядру, влияет на детонационную стойкость так же, как и у нафтеновых углеводородов.

Непредельные углеводороды обладают довольно вы­сокой детонационной стойкостью. Так, у непредельных углеводородов нормального строения она выше, чем у соответствующих парафиновых углеводородов.

Таким образом, в бензинах для карбюраторных дви­гателей желательно содержание изопарафиновых и аро­матических углеводородов, обладающих наивысшей де­тонационной стойкостью

Вопросы для самоконтроля:

1. Поясните влияние конструкционных и эксплуатационных факторов на процесс горения.

2. Проанализируйте влияние состава топлива на процесс горения.

Тема 2. Направления совершенствования производства и оценки жидкого моторного топлива

Учебные вопросы:

1. Основные направления совершенствования производства жидкого моторного топлива.

2. Основные направления оценки жидкого моторного топлива.

Непрерывный рост оснащенности различи ных отраслей народного хозяйства, в том числе и сель­скохозяйственного производства, машинами с двигате­лями внутреннего сгорания, повышение их технико-эко­номических показателей вызывают реальную необходи­мость не только значительного увеличения произ­водства жидкого топлива, но и заметного улучшения его качества, повышения эффективности использования, а также разработки новых перспективных сортов. Тех­нический прогресс требует нарастающего увеличения добычи нефти. Однако запасы ее небезграничны, поэто­му рациональное и экономное использование нефтепро­дуктов представляет одну из главнейших народнохозяй­ственных задач. В складывающихся условиях как ни­когда ранее возрастает необходимость проведения научных работ по изысканию новых сырьевых источни­ков для производства жидкого топлива и по приведению в действие всех неиспользованных резервов по эконом­ному его расходованию.

В этом направлении эффективным является проведе­ние работ по сокращению действующего ассортимента выпускаемых видов топлива, их унификации, а также научное обоснование требований к физико-химическим показателям топлива.

Основным направлением по сокращению ассортимен­та видов топлива является максимально возможная и всесторонняя их унификация, проводимая как в масшта­бе всего народного хозяйства, так и но отдельным видам техники. В одном случае из общего ассортимента исклю­чаются устаревшие и малоэффективные виды, а также виды, не обеспеченные достаточной сырьевой базой. В другом случае сокращают, ассортимент видов топлива путем использования минимально возможного числа ма­рок для аналогичных двигателей, применяемых на раз­личных типах машин (корабли, самолеты, тракторы, ав­томобили, комбайны, самоходные машины, стационар­ные установки и т. д.).

Унификация топлива способствует упрощению эксп­луатации машин, транспортировки и заправки топлива, более строгому применению для двигателей топлива ре­комендуемой марки и многому другому.

Товарные бензины различаются в основном значени­ями фракционного состава и детонационной стойкостью. Первое обусловлено большим разнообразием климатиче­ских условий страны, в которых эксплуатируются маши­ны, второе — широким диапазоном степени сжатия для отечественных карбюраторных двигателей (от 6,5 для ЗИЛ-130 до 9,5 для двигателей ЗИЛ-114). Детонацион­ную стойкость бензинов повышают за счет расширения производства высокооктановых компонентов и дальней­шего развития технологических процессов переработки фракций бензинов (каталитический риформинг и кре­кинг, изомеризация и алкилирование). Однако при этом резко увеличивается расход сырой нефти. Другим путем увеличения детонационной стойкости бензинов является добавление антидетонаторов. Здесь ограничивающим фактором служат международные требования по защи­те окружающей среды от отработавших газов. Умень­шение количества добавляемых антидетонаторов увели­чивает расходы на производство бензина па 20...30 % в зависимости от требуемого октанового числа. Это обсто­ятельство выдвигает принципиальную необходимость всестороннего обоснования вопроса степени сжатия кар­бюраторных двигателей. Оптимальное решение этой за­дачи будет способствовать сокращению и унификации марок выпускаемых бензинов.

Важным моментом является также повышение досто­верности оценки детонационной стойкости бензинов с уче­том условий реальной эксплуатации автомобилей. Опыт показывает, что бензины одной марки и с одинаковым значением детонационной стойкости (ОЧИ) могут раз­личаться по значению дорожного октанового числа (ОЧД) на 5...6 ед. и более. В условиях эксплуатации ав­томобилей, особенно легковых, полное использование мощности двигателей составляет незначительную часть времени, а остальное время двигатель работает в режи­ме неполной нагрузки. Видимо, для двигателя можно рекомендовать бензин с меньшим октановым числом, а вопросы борьбы с детонационным сгоранием при режи­мах полной нагрузки следует решать конструктивным путем. Например, независимо от компонентного состава бензин АИ-93 по отношению к требованиям двигателя ВАЗ-2103 «Жигули» имеет запас антидетонационных свойств во всем диапазоне изменения скорости движе­ния автомобиля[1]. Следовательно, минимально допусти­мое значение октанового числа (ОЧИ) можно снизить не менее чем на 2...3 ед„ а неэтилированных бензинов — на 5...6 ед.

Последние годы характеризуются значительным рас­ширением номенклатуры машин с применением дизелей.

Весьма важным показателем дизельного топлива яв­ляется цетановое число. Как показывают исследования, завышение цетанового числа приводит к неоправданно­му перерасходу топлива и увеличению загрязненности окружающей среды из-за неполного сгорания топлива. Снижение цетанового числа дизельного топлива позво­ляет уменьшить его расход на З...6% при удовлетвори­тельном рабочем процессе двигателя на максимальных нагрузках.

Проводятся также работы по сокращению числа входящих в ГОСТ физико-химических показателей дизель­ного топлива. Например, для определения степени чисто­ты топлива существует три показателя: содержание во­ды, содержание механических примесей и коэффициент фильтруемости. Исследования показывают, что причи­ной преждевременного забивания фильтрующих элемен­тов дизелей является плохая фильтруемость топлива при положительных температурах окружающей среды. В свою очередь, она зависит одновременно от содержа­ния воды, механических примесей и нафтеновых кислот. В связи с этим удобнее вместо трех показателей опре­делять один комплексный — коэффициент фильтруемо­сти.

Вопросы для самоконтроля:

1. Расскажите основные направления совершенствования производства жидкого моторного топлива.

2. Поясните основные направления оценки жидкого моторного топлива.