книги / Элементы гидравлических систем и объёмного гидропривода

•высокая температура вспышки (пожаробезопасность) и низкая температура застывания;

•оптимальная вязкость, обеспечивающая минимальные энергетические потери и нормальное функционирование уплотнений;

•стабильность свойств при эксплуатации: высокая стойкость

кмеханическому разрушению сложных соединений жидкости (деструкции), окислению при работе, поглощению влаги и воздуха;

•низкая вспениваемость;

•длительный срок службы;

•высокая теплопроводность и малый коэффициент объемного расширения;

•оптимальная плотность;

•высокие моющие свойства (вынос продуктов износа и других загрязнений);

•инертность по отношению к применяемым конструкционным материалам деталей гидропривода и защита их от коррозии;

•отсутствие или малое количество механических примесей, воды и загрязняющих частиц;

•способность хорошо очищаться от загрязнений;

•малая токсичность самой рабочей жидкости и ее паров;

•совместимость с другими марками рабочей жидкости;

•низкая стоимость и недефицитность.

Актуальны, но не регламентированы требования к рабочим жидкостям, связанные с охраной окружающей среды. Экологически чистые рабочие жидкости должны удовлетворять следующим требова-

ниям [3, 12]:

1)хорошая биологическая способность к разложению;

2)легкость утилизации;

3)нетоксичность для животного мира;

4)отсутствие почво- и водозагрязнения;

5) отсутствие загрязнения пищевых продуктов для человека и пищи для скота;

31

6)отсутствие раздражения кожи слизистой оболочки в результате воздействия рабочей жидкости в твердом, жидком или газообразном состоянии;

7)отсутствие запаха или наличие приятного запаха. Выполнение указанных требований не всегда возможно вслед-

ствие некоторой их противоречивости, конструктивных недоработок объекта, невозможности предусмотреть все вероятные режимы эксплуатации гидропривода и других факторов, влияющих на выбор рабочей жидкости.

1.3. Классификация и система обозначений рабочих жидкостей

В гидравлических приводах используют разнообразные жидкости, физические и эксплуатационные свойства которых соответствуют требованиям нормального функционирования. При классификации учитывается область их применения, номинальное давление в гидроприводе, вязкостные свойства, наличие присадок, климатические условия эксплуатации и др. Рабочие жидкости классифицируют также по базовым продуктам, из которых они изготовлены. Например, минеральные масла, синтетические жидкости, эмульсии, растительные масла, вода и жидкие металлы [5, 12].

Рабочие жидкости на нефтяной основе [25–29] используются наиболее широко вследствие обширности и доступности сырьевой базы для добычи нефти и развитой инфраструктуры производства минеральных масел. Они изготавливаются из продуктов на основе нефти, получаемых с применением специальных физических (перегонка) и химических (изменение молекулярной структуры исходных углеводородов) методов переработки, и имеют сравнительно низкую стоимость при больших объемах использования. Базовые масла за редким исключением не применяются, так как не обладают требуемыми для гидропривода свойствами.

Для получения рабочих жидкостей с нужными физическими и эксплуатационными свойствами базовые масла подвергаются доработке с помощью различных присадок. Присадки-ингибиторы уве-

32

личивают стойкость нефтяной основы к различным химическим воздействиям [12].

Антиокислительные присадки повышают устойчивость масел к окислению с образованием продуктов старения при хранении и эксплуатации.

Антикоррозионные присадки защищают металлические поверхности элементов гидропривода от коррозионного воздействия химически агрессивных продуктов, содержащихся в нефтяной основе

иобразующихся в процессе разложения и загрязнения рабочей жидкости, а также от влаги.

Противоизносные и противозадирные присадки улучшают смазывающие свойства масел, что приводит к снижению износа сопряженных поверхностей при относительном смещении деталей

иумеренных нагрузках. При высоких удельных нагрузках предотвращается разрушение этих поверхностей вследствие их схватывания.

Диспергирующие и моющие присадки обеспечивают чистоту

поверхностей смазываемых деталей. Они также поглощают воду с одновременным созданием эмульсии «вода в масле», устраняя отрицательное воздействие влаги на детали гидроаппаратов.

Антипенные присадки предотвращают вспенивание масел. Депрессорные присадки предотвращают выпадение твердых уг-

леводородов в виде кристаллов при снижении температуры, уменьшая температуру застывания масла.

Присадки-стабилизаторы размеров резиновых уплотнений, предотвращают набухание резины, вымывание из резины пластификаторов и проникновение в нее ароматических углеводородов.

Вязкостные присадки улучшают вязкостно-температурные свойства масел, а загущающие присадки повышают вязкость масла.

Улучшение эксплуатационных свойств минеральных масел достигается сбалансированностью пакета присадок, а не их наличием или количеством.

Классификация, обозначения масел нефтяных и общие требования к ним даны в ГОСТ 17479.0–85 [25].

33

Хорошие смазывающие свойства обусловливают долговременную и надежную работу гидрофицированного оборудования. Однако смазывающая способность масел уменьшается с ростом температуры, а при пониженных температурах значительно возрастает вязкость. При повышенных температурах реакции с кислородом, содержащимся в воздухе, и контакте с некоторыми конструкционными материалами происходит окисление и разложение минеральных масел с выделением смолянистых и битумных осадков. Минеральные масла эксплуатируются при температурах от −10 до 90 °C, кратковре-

менно – до 120 °C.

Ассортимент рабочих жидкостей на нефтяной основе достаточно широк. В его состав входят гидравлические масла, которые в зависимости от эксплуатационных свойств и наличия соответствующих функциональных присадок подразделяются на группы А,

Би В.

Кгруппе А относятся жидкости, не имеющие присадок или содержащие только загущающие присадки, применяемые в малонагруженных гидросистемах с шестеренными и поршневыми насосами, которые работают при давлении до 15 МПа и максимальной темпе-

ратуре в объеме полостей системы до 80 °C.

Группу Б составляют жидкости, содержащие ингибиторы коррозии и окисления (средний уровень легирования). Они рекомендуются для гидросистем средней напряженности, эксплуатируемых при давлении до 25 МПа и температуре масла в объеме более 80 °C, с насо-

сами различного конструктивного исполнения.

Группа В включает в себя хорошо очищенные нефтяные масла с антиокислительными, антикоррозионными и противоизносными присадками, улучшающими эксплуатационные свойства (высокий уровень легирования), и предназначенные для гидросистем высокой напряженности с насосами любых типов при давлениях свыше 25 МПа и температуре масла в объеме более 90 °С.

Допускается добавление загущающих и антипенных присадок в гидравлические масла всех трех групп.

34

По международному стандарту ISO 6743/4–83 для рабочих жидкостей гидравлических систем установлены две группы: I – с обычной воспламеняемостью; II – с пониженной воспламеняемостью (огнестойкие).

Для рабочих жидкостей группы I приняты следующие обозначения: H – общий символ рабочей жидкости гидравлической системы; HH – минеральные масла очищенные неингибированные; HL – масла с антиокислительными и антифрикционными свойствами; HR – масла HL с присадками, улучшающими их вязкостно-темпера- турные свойства; HM – масла HL с улучшенными противоизносными свойствами; HV – масла HM с полимерными присадками, улучшающими их вязкостно-температурные свойства; HG – масла HM с противозадирными и антискачковыми свойствами.

В табл. 4 приведены примеры основной группы масел и классы вязкости, предусмотренные данной категорией.

Установлено также соответствие групп отечественных гидравлических масел классификационным группам международного стандарта: А → HH, Б → HL, В → HM. Масла группы В с загущающими присадками соответствуют группе HV.

35

Обозначения рабочих жидкостей группы II: HS – общий символ для огнестойких рабочих жидкостей; следующие за ним буквы определяют особенности состава рабочей жидкости; HSA – эмульсии «масло в воде» или водные растворы с концентрацией компонентов до 20 %; HSAE – эмульсии «масло в воде» с содержанием воды бо-

лее 80 % ; HSAS – растворы с содержанием концентрата менее 10 % ; HSB – эмульсии «вода в масле» с содержанием воды менее 40 % ;

HSC – растворы полимеров (в основном полигликолей) в воде с содержанием воды 35...50 % ; HSD – рабочие жидкости, не содер-

жащие воду в качестве компонента.

В зависимости от величины кинематической вязкости при 40 °C

минеральные масла согласно ГОСТ 17479.3–85 делятся на 10 классов вязкости (табл. 5). Пределы кинематической вязкости для каждого класса установлены в соответствии с международной классификацией индустриальных масел по вязкости.

36

По вязкостным свойствам минеральные масла для гидравлических систем разного назначения условно делятся на три группы: маловязкие – классы вязкости с 5 по 15, средневязкие – классы вязкости 22 и 32 и вязкие – классы вязкости с 46 по 150.

Система обозначений гидравлических масел установлена стандартом и включает в себя группы знаков, разделенных между собой дефисом. Первая группа: буква И подтверждает принадлежность к индустриальным маслам, сочетание букв МГ – к минеральным гидравлическим маслам. Вторая группа знаков (прописные буквы) отражает принадлежность по назначению. Третья группа (прописная буква) отображает принадлежность к подгруппе по эксплуатационным свойствам. Четвертая группа (цифра) характеризует класс кинематической вязкости.

Примеры обозначения гидравлических масел: И-ЛГ-А-15, где И – масло индустриальное, ЛГ – масло предназначено для легконагруженных узлов (шпиндели, подшипники) и для гидравлических систем, А – нефтяное масло без присадок, 15 – класс вязкости; МГ-15 Б – минеральное гидравлическое масло 15 класса вязкости, принадлежащего к группе Б по эксплуатационным свойствам.

Взарубежной практике условные обозначения гидравлических масел также складываются из обозначений группы масла и класса вязкости.

Втабл. 6 приведены 18 классов вязкости индустриальных масел по ISO 3448–75 «Смазочные материалы индустриальные. Классификация вязкости» и ISO 6743/0–81 «Классификация смазок и индустриальных масел».

Для машин и механизмов промышленного оборудования по назначению индустриальные масла делятся на 4 группы (табл. 7), а по уровню эксплуатационных свойств – на 5 подгрупп (табл. 8).

37

Таблица 7

Группы индустриальных масел по назначению

38

Таблица 8 Подгруппы индустриальных масел по эксплуатационным свойствам

39

Назначение гидросистем определяет условия эксплуатации рабочих жидкостей, таких как температура окружающей среды, продолжительность хранения и эксплуатации жидкости, режимы работы гидросистемы, нагрузки в парах трения и др. Поэтому выделяют следующие группы гидросистем: для летательных аппаратов, мобильной наземной, речной и морской техники; для гидротормозных и амортизаторных устройств различных машин; для гидроприводов, гидропередач и циркуляционных масляных систем различных агрегатов, машин и механизмов, составляющих оборудование промышленных предприятий.

Гидросистемы общепромышленного назначения, включая гидроприводы горных машин, работают в закрытых отапливаемых помещениях при температуре окружающей среды от 0 до 35 °С. В эту группу входят минеральные масла без присадок и с присадками вязкостью ν50 =1,9...3,2 сСт со сроком эксплуатации без замены не ме-

нее 2…5 тыс. ч с возможностью периодического их пополнения. Индустриальные масла применяются в гидросистемах различно-

го промышленного оборудования: станках, прессах, прокатных и волочильных станах, а также в машинах для смазывания редукторов, подшипников и других элементах конструкций. Они выделены в самостоятельную группу вследствие разнообразных требований к гидроприводам общемашиностроительного применения, работы гидросистем в различных климатических условиях при изменении температуры в широком диапазоне.

В настоящее время технически обоснованной и общепринятой классификации индустриальных масел не существует. В зависимости от области применения их условно классифицируют как масла общего и специального назначения. Масла каждой из этих групп также можно разделить по характеру исходной нефти – на масла из малосернистой и сернистой нефти; по характеру очистки – на масла селективной, сернокислотной, абсорбционной очистки.

К основным, нормируемым для индустриальных масел показателям качества, относятся вязкость, вязкостно-температурные свойства, температура застывания, коксуемость (для остаточных масел),

40