166703 (Тормозные жидкости)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ПРИМОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

Институт механизации сельского хозяйства

Кафедра естественнонаучных дисциплин

Контрольная работа

по химии ГСМ

тема: «Тормозные жидкости»

Выполнил: студент 1 курса

заочной формы обучения

Чекасов Владимир Сергеевич

Уссурийск 2011

Введение

Для начала следует понять, что тормозная жидкость – это рабочее тело гидравлической тормозной системы, передающее давление от главного тормозного к колесным цилиндрам, которые прижимают тормозные колодки к дискам или барабанам. От того, насколько эффективно решается эта задача, напрямую зависит жизнь самого водителя и его пассажиров. Гидравлический тормозной привод современного автомобиля получил такое название потому, что все его полости заполнены специальной жидкостью. Педаль тормоза связана с поршнем главного тормозного цилиндра. При торможении жидкость из цилиндра вытесняется и передает усилие на поршни колесных тормозных цилиндров. Последние выдвигаются, приводя в действие тормозные колодки, и автомобиль замедляет ход или останавливается.

И поскольку большинство жидкостей, в отличие от газов, практически несжимаемо, давление будет передаваться по жидкости, и по истечении ничтожно малого времени будет одинаковым во всем объеме, занимаемом этой жидкостью. При резком торможении давление в системе может достигать 100 атмосфер!

То есть жидкость проводит давление примерно так же, как провода проводят электрический ток. И поскольку провода делают не из первого попавшегося материала, а из того который подходит, так и жидкость должна иметь определенные свойства, чтобы быть хорошим проводником давления.

Два свойства наиболее важны:

1) она должна оставаться жидкостью, то есть при рабочих условиях не кипеть и не замерзать;

2) она должна сохранять свойства в течение длительного времени.

В 1917 году шотландцем М.Локхидом была разработана тормозная система с гидравлическим приводом, в то время использовали глицерин или его смесь с водой и касторовым маслом, но впервые жидкость применена на автомобиле («Бугатти») только в 1921 г. Тормозные жидкости производились на основе касторового масла или многоатомных спиртов - гликолей. Эксплуатационные качества лучше у жидкостей на "касторовой" основе. Касторовое масло обладает высокими смазывающими свойствами и не вызывает "раскисания" натуральной резины, из которой изготовлены уплотнительные детали тормозной системы. Однако высокая температура застывания (-600С) и немалая стоимость исключают возможность применения чистого касторового масла в качестве тормозной жидкости.

В последние годы в основном применяются тормозные жидкости на основе гликолей (двухатомных спиртов) и их производных. Все они по классификации DOT взаимозаменяемы, абсолютно нейтральны по отношению к резиновым и металлическим деталям тормозных систем. Следует помнить, что смешивать жидкости разных классов и производителей не рекомендуется, так как возможно изменение их свойств. Запрещено смешивать гликолевые жидкости с касторовыми.

Качество тормозной жидкости тем лучше, чем выше следующие ее параметры и характеристики:

• температура кипения собственно жидкости в том числе, при поглощении 2—4% влаги;

• вязкостно-температурные свойства и их стабильность;

• антикоррозионные и смазывающие свойства;

• совместимость с резиновыми деталями.

Обозначение

DOT - сокращение от United States Department of Transportation (USDOT или просто DOT): Департамент транспорта США, занимающееся вопросами безопасности транспорта. Именно этот департамент разработал спецификацию минимальных требований к характеристикам тормозных жидкостей и разбил их на классы в своём стандарте FMVSS №116. Классы эти и получили название и маркировку по родившему их департаменту и поскольку документ этот с технической точки зрения не противоречил здравому смыслу (что само по себе нонсенс, учитывая что речь идёт о США), то он успешно был подхвачен мировым сообществом для классификации тормозных жидкостей.

Стандарт обозначает классы тормозной жидкости как DOT 3, DOT 4, DOT 5 и DOT 5.1, однако на отечественном рынке можно встретить так же тормозные жидкости с маркировками DOT 4.5 и DOT 4+. Последний скорее всего является тем же самым, что и DOT 4.5 и оба не классифицируются американским стандартом. Маркировка тормозной жидкости DOT 5.1 не имеет никакого отношения к марке DOT 5 и это является исключением из здравого смысла американцев, в который мы по наивности поверили вначале, в рамках стандарта.

В большинстве современных гидравлических тормозов сейчас применяется тормозная жидкость маркировки DOT различных марок. Исключение составляют разве что гидравлические тормоза фирм Shimano и Tektro, где в качестве жидкости используется минеральное масло собственной марки.

Многие производители, придерживаясь классификации в соответствии со стандартом выпускают тормозную жидкость с более высокими показателями, чем это требуется для ихнего и даже более высокого класса, таким например является неприкаянный DOT 4.5 или встречающийся иногда Super DOT 4. Не буду называть производителя последней марки, отмечу лишь что производитель заявляет по всем пунктам характеристики значительно превосходящие даже DOT 5.1 в стандарте. Так почему же тогда он всё таки 4, а не 5.1? Ответ кроется в детальном анализе содержимого, который должна пройти жидкость при сертификации и маркетинговом желании продать подороже то, что есть. Чаще всего продукты маркировок DOT 4+, DOT 4.5, Super DOT 4 и т.д. действительно превосходят по части параметров тот же DOT 4, но не отвечают по каким либо отдельным требованиям более высокому классу, например могут не содержать в достаточном объёме (или вообще не содержать) антикоррозионных присадок, наличие которых требует маркировка DOT 5.1, так что главное понимать, что будь тормозная жидкость хоть MegaPuper DOT 4.999, она всё равно по сути своей является обычным DOT 4 и не более того.

Состав

DOT - это система классификации, предложенная Американским Департаментом Транспорта [Department of Transport], которая классифицирует тормозные жидкости согласно температуре закипания и вязкости сухой и содержащей влагу жидкости. Жидкости DOT 3 и DOT 4 представляют собой минеральные масла, основанные на полигликопях. Основой жидкости DOT 5 является силикон, и она не может быть смешана с полигликолями. DОT 5.1 подобна DОT 3 и DOT 4 и поэтому совместима с ними, так как она основывается не на силиконе. DOT 5.1 была разработана для использования в антиблокировочных тормозных системах и обладает меньшей вязкостью.

В качестве основы, во всех тормозных жидкостях кроме DOT 5, используется полиэтиленгликоль в сочетании с полиэфирами борной кислоты, а для DOT 5 в качестве основы применяется силикон. Тормозные жидкости DOT 3, DOT 4 и DOT 5.1 имеют одну основу и могут взаимозаменять друг друга без каких либо проблем, по крайней мере в пределах одного производителя. Некоторые производители используют в качестве основы для производства DOT 3 (а возможно и других марок) полиалкиленгликоль. Информации по несовместимости жидкостей на основе полиэтиленгликоля и полиалкиленгликоля нигде не удалось найти, а знание химии в первом приближении позволяет заявить, что такая смесь будет работать не хуже чем исходные компоненты. Так же отдельно существует класс жидкостей DOT 5.1/ABS, предназначенный специально для машин с системой антиблокировки колёс, в состав которого входят как гликолевые, так и силиконовые соединения, делающие эту жидкость несовместимой ни с одной другой.

При смешивании жидкостей на гликолевой основе (DOT 3, DOT 4 или DOT 5.1) с жидкостью DOT 5 на силиконовой основе происходит химическая реакция, в результате которой получается состав не отвечающий никаким требованиям тормозной жидкости и являющийся агрессивным по отношению к материалу уплотнителей. Замена гликолевой тормозной жидкости на силиконовую возможна, но для этого требуется предварительно прочистить и тщательно просушить всю тормозную систему от старой тормозной жидкости. Преимущества такой замены, в случае велосипеда крайне неочевидны.

Тормозная жидкость (ТЖ) состоит из основы (ее доля 93-98%) и различных присадок (остальные 7-2%). Устаревшие жидкости, например “БСК”, изготовлены на смеси касторового масла и бутилового спирта в пропорции 1:1. Основа современных, наиболее распространенных, в том числе (“Нева”, “Томь” и РосДОТ, она же “Роса”), - полигликоли и их эфиры. Гораздо реже применяют силиконы. В комплексе присадок одни из них препятствуют окислению ТЖ кислородом воздуха и при сильном нагреве, а другие - защищают металлические детали гидросистем от коррозии. Основные свойства любой тормозной жидкости зависят от сочетания ее компонентов.

Температура кипения

Тормозная жидкость - основной передаточный элемент механизма гидравлических тормозов, отвечающий за передачу усилия от тормозной ручки к тормозным колодкам. Как известно из курса физики, жидкость практически не сжимаема по сравнению с газом, а следовательно всё усилие рукоятки полностью передаётся на тормозные колодки. Трение тормозных колодок о диски (роторы) и является той самой механической силой, поглощающей кинетическую энергию движения велосипеда (машины, мотоцикла, болида формулы-1) а проще говоря, останавливает его. Но по закону сохранения, никакая энергия не пропадает бесследно и энергия движения в тормозах преобразуется трением в обычное тепло, нагревая колодки и ротор. Нагреваясь, жидкость закипает образуя пузыри пара, которые как и любые газы, подвержены сильному сжатию. Сжимаясь, газ препятствует передаче тормозного усилия и тормоза попросту перестают эффективно работать.

Температура кипения классов тормозной жидкости, в соответствии со стандартом, представлена на следующем графике.

Все гликолевые тормозные жидкости гигроскопичны и со временем эксплуатации жидкость поглощает влагу из воздуха, с которым входит в контакт. Значение "новой" тормозной жидкости на графике соответствует её нормальному обезвоженному состоянию, в котором она бывает сразу после покупки, а "старой" она становиться после того, как поглотит 3,5% воды. Поскольку стандарт не знает такого класса как DOT 4.5 (на графике пунктиром), то изучение надписей на коробках и ассортимента продаваемой продукции показало, что это тот же DOT 4, с присадками позволяющими повысить некоторые характеристики, в том числе и температуру кипения. На самом деле кривая температуры кипения DOT 4.5 может располагаться во всём диапазоне пространства от красной (DOT 4) до жёлтой (DOT 5) линии, в зависимости от того, что туда напихал производитель.

Опыт показывает, что рабочая температура тормозной жидкости в наиболее горячих точках системы примерно такова: 60-70ОС при движении по шоссе, 80-100ОС в городе и 100-120ОС на горных дорогах. Но это в среднем, а в напряженных условиях она нередко достигает 150ОС и даже больше, поскольку, например, тормозная колодка при нескольких экстренных торможениях нагревается до 600ОС. Поэтому жидкость в неблагоприятной ситуации может закипеть, а это грозит катастрофой: объем главного цилиндра невелик (всего 5-15 мл), а как только объем пузырьков пара в системе превысит эту величину, то тормоза полностью откажут. Но и до этого, при малых размерах паровых пробок, эффективность тормозов уже заметно падает.

У современных тормозных жидкостей температура кипения намного выше критической (то есть 150ОС ), но этим нельзя обольщаться. Вещества, входящие в их состав, по большей части очень гигроскопичны, то есть легко впитывают влагу из воздуха, а резиновые манжеты служат плохой преградой для этого процесса. Точка кипения “увлажненной” жидкости по сравнению с “сухой” намного ниже, она легко падает до критической величины и даже дальше. Поэтому в паспортных данных всегда указывают два значения температуры кипения: без влаги и с содержанием 3,5% воды. Если последняя мала, то в системе с дисковыми тормозами такую жидкость применять не следует.

Срок службы

Срок эксплуатации, в течении которого жидкость набирает влагу и становиться старой для DOT 3 и DOT 4 составляет 2-3 года при эксплуатации в автомобиле, в велосипеде этот срок видимо будет значительно дольше. DOT 5.1 более гигроскопична, но и содержит гораздо большее количество присадок, поэтому срок службы её в автомобиле может достигать 4-5 лет, т.е. на средний срок службы самого велосипеда её вполне может хватить целиком. Силиконовая жидкость DOT 5 вообще слабогигроскопична и срок службы её может достигать до 10-15 лет, но она имеет ряд других проблем, в частности высокая степень аэрации вследствие высокого показателя растворимости воздуха и как результат DOT 5 запрещена к применению в машинах с антиблокировочной системой (ABS), но к счастью велосипедов это не касается.

Замену тормозной жидкости нужно производить один раз в 1,5 – 2 года, или через 40 000 км пробега. Специалисты автосервиса советуют в условиях сырого Приморского климата делать это один раз в год – это позволит дольше сохранить детали тормозной системы в исправном состоянии.

Если жидкость поменяла свой цвет на серо- бурый, ее нужно заменить немедленно, так как в ней накопились продукты разложения, трения и износа деталей. (Если помните, в моторном масле все наоборот – потемнение масла означает, что в нем хорошо работают моющие присадки). Частицы грязи могут привести к заклиниванию тормозных цилиндров и отказу тормозов. Поэтому потемневшую жидкость нужно менять, не дожидаясь истечения установленного срока. Цвет жидкости отследить очень просто – бачок для жидкости в моторном отсеке – прозрачный.