Состав и характеристики гидравлических жидкостей.
Элементы гидравлической системы.
Гидравлика описывает передачу энергии и сигналов через жидкости, когда энергия подается для осуществления управления, привода и движения. Гидравлические жидкости на базе минеральных масел, синтетические и огнестойкие жидкости применяются в машинах и оборудовании всех типов.
Область технологии гидравлических жидкостей и гидравлики подразделяется на гидростатические и гидродинамические системы. В гидростатических системах для передачи энергии требуется статическое давление, т.е. высокое давление при малой скорости течения. В гидродинамичесих системах используется кинетическая энергия текущей жидкости, т.е. давление низкое, а скорость течения высокая. Жидкости, предназначенные для гидродинамических систем, называют энергопередающими жидкостями, жидкости для гидростатических систем – гидравлическими маслами. Жидкость является самым важным элементом гидростатических и гидродинамических систем, и ее следует рассматривать как элемент машины при проектировании, реализации и введении в эксплуатацию.
Гидравлические масла являются второй важнейшей группой смазочных материалов после моторных масел. На их долю приходится приблизительно 13-14% от общего объема потребления. Современную гидравлику можно разделить на три основные области: стационарную, мобильную и авиационную. В последние годы значительно повысились требования к эксплуатационным характеристикам гидравлических систем. Это выражается в более высоких давлениях, более высоких температурах и в меньших объемах систем, что приводит к повышению кратности циркуляции и следовательно, нагрузки на гидравлическую среду.
Оптимальное применение означает экономию энергии, увеличение интервалов между сменами масла, снижение износа, увеличение сроков службы машин и, следовательно, экономию средств.
Принцип действия машины гидростатического вытеснения основан на законе Паскаля, который гласит следующие: «Давление, приложенное в любом месте к объему жидкости, создает силу, передающуюся равномерно во всех направлениях. Эта сила действует под прямым углом к любой поверхности внутри жидкости или в контакте с ней».
Важнейшими элементами гидравлической системы являются:
· насосы и моторы
· гидравлические цилиндры
· клапаны
· компоненты контура ( например, емкости для жидкости, фильтрующие системы, трубопроводы)
· уплотнения и прокладки.
Насосы и моторы испытывают высокие гидравлические нагрузки. Основные функции гидравлических жидкостей заключаются в защите приводных механизмов и подшипников от износа и коррозии и в снижении трения – следовательно, в снижении степени накапливания отложений.
С помощью гидравлических цилиндров давление трансформируется в линейное движение способное выполнять механическую работу. Функции жидкости заключаются в уплотнении и смазке поршня и направляющих, исключении прерывистого трения, минимизации износа и избежании коррозии.
Клапаны – это механизмы, регулирующие пуск, остановку или поток гидравлической жидкости из насоса или сосуда под давлением. Гидравлическая жидкость должна рассеивать теплоту, снижать износ, минимизировать трения и снижать коррозию, не допускать образование отложений в клапане больше предельно допустимых значений.
Также гидравлическая жидкость должна быть совместима со всеми материалами, присутствующими в этих элементах, включая лакокрасочные покрытия.
Состав и характеристики гидравлических жидкостей.
Как правило, гидравлическая жидкость состоит из базового масла и присадок. Жидкости на основе минеральных масел и их смеси применяют в качестве базовых масел. Синтетические жидкости на основе масел гидрокрекинга, ПАО, эфиры и полигликоли применяются главным образом в огнестойких, способных к быстрому разложению, или специальных гидравлических жидкостях. Натуральные растительные масла, например рапсовое масло, часто встречается в биоразлагаемых жидкостях. Доля минеральных масел составляет - 88%, синтетических масел – 12%.
Важнейшими присадками для гидравлических жидкостей являются:
«поверхностно-активные присадки», например ингибиторы коррозии, дезактиваторы металлов, противоизносные присадки, модификаторы трения, DD-присадки;
«присадки к базовым маслам», например антиоксиданты, антивспенивающие средства, присадки улучшающие индекс вязкости, присадки, понижающие температуру застывания.
К первичным функция и свойствам гидравлических жидкостей относятся:
· передача энергии давления и кинетической энергии;
· передача сил и крутящих моментов при использовании жидкости в качестве смазочного масла;
· минимизация износа поверхностей скольжения в условиях граничного трения;
· минимизация трения;
· защита компонентов от коррозии;
· рассеяние тепла;
· применение в широком диапазоне температур, обеспечение хороших вязкостно-температурных характеристик;
· увеличение сроков службы машин и оборудования.
Вторичные характеристики: высокая окислительная стабильность, хорошая термическая стабильность, инертность к металлам, совместимость с металлами и эластомерами, хорошая аэрационная способность, низкое вспенивание, хорошая фильтруемость, хорошее водоотделение.
Третичные характеристики: низкая испаряемость в результате низкого давления насыщенных паров, токсикологическая безвредность, экологическая безопасность, низкая воспламеняемость.
Выбор гидравлической жидкости зависит от условий применения: диапазона рабочих температур, конструкции гидравлической системы, типа насоса, рабочего давления и экологических соображений. Также определяют тип применяемого гидравлического масла: требуемый срок службы, доступность, экономические факторы.
С реологической точки зрения вязкость подбираемой жидкости должна быть минимально возможной. Это гарантирует мгновенное срабатывание гидравлики при активации системы. С другой стороны, минимальная вязкость необходима для снижения утечек и гарантии адекватной смазки насоса и других подвижных частей. Рабочая температура гидравлической системы должна поддерживаться в узких пределах для исключения крупных колебаний вязкости жидкости. В замкнутых системах это температура контура, а в открытых системах – температура в резервуаре.
В стационарных гидравлических системах низкого и среднего давления рабочая температура должна составлять 40-50℃. Для систем работающих при высоких давлениях (выше 400 атм.), средняя температура системы может быть приблизительно на 10-20 ℃ выше.
Средняя рабочая температура гидравлических масел на базе минеральных масел в стационарных системах не должна превышать 50-60℃ и 80-90℃ в мобильных системах. Жидкости содержащие воду, должны поддерживаться при более низких температурах, вплоть до 35-40℃.
Объем жидкости в стационарных системах должен в три-пять раз превышать объем жидкости прокачиваемой за одну минуту. В мобильных системах объем бака должен в один-два раза больше объема прокачиваемой жидкости.
Сегодня на мировом рынке ассортимент различных гидравлических жидкостей очень широк, также многообразны и технические требования к ним. Поэтому каждая область применения с учетом окружающих условий должна быть подробно изучена при выборе оптимальной гидравлической жидкости. Оптимум зависит от многих различных характеристик гидравлических жидкостей. Возможен выбор между цинк содержащими и не содержащими цинка гидравлическими жидкостями, синтетическими базовыми маслами или минеральными, высокоэффективными присадками или без них, с деэмульгирующими свойствами или DD характеристиками жидкости.
В техническом и экономическом аспектах широкий диапазон различных спецификаций и условий применения диктует необходимость использования различных гидравлических жидкостей, которые должны удовлетворять множеству эксплуатационных требований. Гидравлические масла являются основными элементами машин и станочного оборудования, и поэтому должны быть включены в перечни заводского оборудования для отражения различных свойств, предлагаемых различными типами жидкости.