Раздел 1. Основы гидравлики

Гидра́влика (др.-греч. — водяной,вода — «трубка») — наука о законах движения и равновесии жидкостей и способах приложения этих законов к решению задач инженерной практики.

Тема 1.1. Рабочие жидкости

Рабочая жидкость (в гидроприводе) — жидкость, используемая как носитель энергии. В качестве рабочих жидкостей применяются минеральные, синтетические и полусинтетические масла, жидкости на силиконовой основе, водо-масляные эмульсии, масляно-водяные эмульсии.

В первую очередь рабочая жидкость в гидроприводе является рабочим телом, т.е. является носителем энергии, обеспечивающим передачу последней от источника энергии (двигателя) к её потребителю (исполнительным механизмам). Кроме того, рабочая жидкость выполняет роль смазки в парах трения гидропривода, являясь смазывающим и охлаждающим агентом, и средой, удаляющей продукты изнашивания.

Функции рабочей жидкости:

1. - хорошие смазочные свойства;

2. - малое изменение вязкости при изменении температуры и давления;

3. - инертность в отношении конструкционных материалов деталей гидропривода;

4. -оптимальная вязкость, обеспечивающая минимальные энергетические потери и нормальное функционирование уплотнений;

5. - малая токсичность самой рабочей жидкости и её паров;

6. - малая склонность к вспениванию;

7. - антикоррозийные свойства; способность предохранять детали гидропривода от коррозии;

8. - оптимальная плотность;

9. - долговечность;

10. - оптимальная растворимость воды рабочей жидкостью: плохая для чистых минеральных масел ;

11. хорошая для эмульсий и т.п.

12. - невоспламеняемость;

13. - малая способность поглощения или растворения воздуха;

14. - хорошая теплопроводность;

15. - малый коэффициент

16. теплового расширения;

17. - способность хорошо очищаться от загрязнений;

18. - совместимость с другими марками рабочей жидкости;

19. - низкая цена;

Невыполнение этих условий приводит к различным нарушениям в функционировании гидропривода. В частности плохие смазочные или антикоррозийные свойства приводят к уменьшению сроков службы гидропривода; Неоптимальная вязкость или её слишком большая зависимость от режимов работы гидропривода снижают общий к.п.д. и т.д.

Нормальная и долговременная работа гидропривода определяется в равной мере как правильностью выбора марки рабочей жидкости при конструировании, так и грамотной эксплуатацией гидропривода.

• К видам рабочей жидкости относят :

1. Минеральные масла

2. Спирт

3. Смеси

4. Эмульсии

5. Синтетические жидкости

• Характеристики рабочих жидкостей:

• Минеральные масла получают в результате переработки высококачественных сортов нефти с введением в них присадок, улучшающих их физические свойства. Присадки добавляют в количестве 0,05…10%. Присадки могут быть многофункциональными, т.е. влиять на несколько физических свойств сразу. Различают присадки антиокислительные, вязкостные, противоизносные, снижающие температуру застывания жидкости, антипенные и т.д. Минеральные масла имеют 3 класса –

HL - содержит присадки улучшающие антикаразионную – минеральную защиту и устойчивость против старения масла

HLP - присадки повышающие предельно допустимын нагрузки

HV- масло имеет улучшенную характеристику в зависимости вязкости от температуры

• Смеси различных сортов минеральных масел между собой, с кер осином, глицерином и т.д. применяют в гидросистемах высокой точности, а также в гидросистемах, работающих в условиях низких температур.

• Эмульсии представляют собой смеси масла на нефтяной основе и смягченной воды. Различают эмульсии “масло в воде”и “вода в масле”.

• Синтетические жидкости на основе силиконов, хлор- и фторуглеродистых соединениях, полифеноловых эфиров и т.д. негорючи, стойки к воздействию химических элементов, обладают стабильностью вязкостных характеристик в широком диапазоне температур. Несмотря на высокую стоимость синтетических жидкостей, они находят все большее применение в гидроприводах машин общего назначения.

• Общие физические свойства:

Плотность рабочей жидкости - физическая величина, характеризующая отношение массы жидкости к её объёму r = m / V

Сжимаемость жидкости - это её способность под действием внешнего давления изменять свой объём обратимым образом , т.е. так, что после прекращения действия внешнего давления восстанавливается первоначальный объём .Сжимаемость жидкости характеризуется модулем упругости жидкости Е с размерностью Па ( или Мпа) . Уменьшение объёма жидкости под действием давления определяется по формуле DV=DV Dp / E

Вязкость - свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу одного слоя относительно другого под действием касательной силы внутреннего трения. Вязкость зависит от химичкского состава – температуры и давления. Наиболее важным фактором , влияющим на вязкость , является температура. Зависимость вязкости от температуры различна для различных жидкостей. Вязкость рабочей жидкости оказывает непосредственное влияние на рабочие процессы и явления , происходящие как в отдельных элементах, так и в целом гидроприводе.

Смазывающие способности -рабочей жидкости связаны с образованием на трущихся поверхностях масляной пленки и способностью её противостоять разрыву. Обычно , чем больше вязкость , тем выше прочность масляной. плёнки при сдвиге. Рабочая жидкость в гидроприводе должна предотвращать контактирование и схватывание трущихся поверхностей при малых скоростях скольжения в условиях граничного режима трения. Другими словами , рабочая жидкость , должна , во-первых , обладать противозадирными свойствами , во-вторых уменьшать износ поверхностей трения , создавая гидродинамический режим смазки , т. е. обладать противоизностными свойствами.

Антикоррозийные свойства- характеризуют способностьрабочей жидкости выделять воздух или другие газы без образования пены. Эту способность определяют по времени исчезновения пены после подачи в жидкость воздуха или прекращения перемешивания. Способность противостоять пенообразованию усиливают добавлением антипенной присадки. Механизм действия присадки состоит в понижении поверхностного натяжения жидкости. Концентрируясь на поверхности пузырьков пены , присадка способствует их разрыву , а , следовательно быстрому гашению пены.

Стойкость рабочей жидкости к образованию эмульсии характеризуется способностью её расслаиваться и отделяться от попавшей в неё воды. Добавлением в жидкость деэмульгаторов( веществ, разрушающих масляные эмульсии) понижают поверхностное натяжение плёнки на границе раздела вода-масло и предотвращают смешивание рабочей жидкости с водой.

Совместимость рабочей жидкости с материалами гидропривода характеризуется отсутствием коррозии металлов , а также стабильность физико-химических свойств жидкости. Причины коррозийной активности рабочая жидкость тесно связаны с накоплением в них химических соединений , обуславливающих коррозию металлов.

Среди таких соединений основное влияние на коррозию оказывают перекиси, образующиеся в результате старения рабочей жидкости, и которые оцениваются кислотным числом pH.

С повышением температуры удельная теплоемкость рабочая жидкость изменяется незначительно.

Теплопрводность рабочей жидкости - количество теплоты, которое проходит за единицу времени через единицу поверхности на единицу толщины слоя. Теплопроводность рабочей жидкости с повышением температуры уменьшается

Чистота рабочей жидкости - характеризуется количеством или массой инородных частиц в заданном объеме. Частицы загрязнений попадают в рабочую жидкость различными способами: при заливке жидкости в бак; как продукты износа трущихся поверхностей; через сапуны и уплотнения гидропривода. Влияние чистоты рабочей жидкости на надежность гидропривода огромно. До сих пор это основной показатель, лимитирующий долговечность гидропривода. Повышенная загрязненность рабочей жидкости вызывает повышенный износ деталей гидропривода, ухудшение его характеристик и преждевременный выход из строя.

Рабочие жидкости , используемые в машиностроении, делят на 4 вида:

1. Минеральные масла (произведенные на основе нефти). Получают из нефти обычными методами переработки. В гидроприводах используют: масло гидравлическое единое МГЕ-10А, авиационное гидравлическое масло АМГ-10, всесезонное гидравлическое масло ВМГ3 и др.

2. Синтетические жидкости (жидкости, основу которых составляют продукты в результате химических реакций) - диэфиры, силоксаны, фосфаты.

Как правило, они негорючи, стойки к окислению, имеют низкую температуру застывания и обладают стабильной вязкостью.

Водополимерные растворы - рабочие жидкости, представляющие водный раствор различных полимеров. Например ПГВ - водный раствор глицерина и полиэтиленгликоля.

3. Жидкие металлы (ртуть и натрий - калиевый эвтектический сплав (Ка - 73%,К-27%);

4. Водные эмульсии («масло в воде» и «вода в масле»). Водомасляные эмульсии представляют собой смеси воды и нефтяных жидкостей. Масловодя-ные эмульсии представляют собой смеси нефтяной жидкости и воды.

Характеристики рабочих жидкостей указаны в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика рабочих жидкостей

Марка рабочей жидкости	Кинематическая вязкость, мм2/с, 1=50°С	Кислотное число, мг КОН на 1 г масла, не более	Температура, °С
			Вспышки	Засты­вания
Индустриальное (ТУ 38.101413-78) ИГП-18 ИГП-30 ИГП-38 ИГП-49	16,5...20,5 28...31 35...40 47...51	0,6.1,0 0,6...1,0 0,6.1,0 0,6...1,0	170 200 210 215	-15 -15 -15 -15
ВНИИ НП-403 (ГОСТ 16728-78)	25...35	0,7...1,1	190	-10
АМГ-10 (ГОСТ 6794-75)	10	0,05	92	-70
ВМГ3 (ТУ 38.101479-74)	10	0,05	135	-60
МГЕ-10А (ОСТ 38.01281-82)	10	0,4...0,7	96	-70
ЛЗМГ (ТУ 38.101328-73)	4,0		92	-70

Для рабочих жидкостей, применяемых в гидроприводах, характерны следующие эксплуатационные свойства (требования):

• хорошие вязкостные свойства; малая плотность;

• минимальная зависимость вязкости от температуры в требуемом диапазоне;

• малая сжимаемость жидкости; большой срок сохраняемости;

• низкая температура застывания;

• высокая термостойкость; стойкость к окислению на воздухе;

• отсутствие воды и механических примесей;

• хорошие смазывающие, моющие и консервационные свойства;

• хорошие охлаждающие свойства; малая токсичность;

• высокие экономические показатели.