Рабочая жидкость и ее кондиционирование

Типы РЖ

Рабочая жидкость – главный элемент гидропривода. Условно выделяют четыре класса РЖ –

минеральные масла,

на водяной основе (масловодяные эмульсии),

синтетические РЖ,

экологически чистые (например, рапсовое масло).

Минеральные масла получают в результате смешивания базового масла с небольшим количеством (5%) присадок. Базовое масло – результат глубокой переработки высококачественных сортов нефти. Присадки улучшают эксплуатационные свойства масел. Различают присадки антиокислительные, вязкостные, противоизносные, снижающие температуру застывания жидкости, антипенные и т.д.

Делятся на индустриальные и гидравлические. Индустриальные (ГОСТ 17479.4–87) предназначены для работы в технологическом оборудовании, гидравлические (ГОСТ 17479.3–85) – в широком диапазоне температур (всесезонные).

Пример обозначения индустриального масла для использования в гидроприводе:

И–Г–А–32 – индустриальное (И) масло для гидравлических систем (Г) без присадок (А) для работы при давлении до 6.3 МПа. Вязкость при 40^оС примерно 32 сСт (сантистокс, мм²/с). Старое (торговое) название: И–20А по ГОСТ 20799. Буква «В» в обозначении индустриального масла означает добавление антиокислительных и антикоррозионных присадок, буква «С» – к «В» добавляется противоизносная присадка, буква «Д» – к «С» добавляется противозадирная присадка.

Пример обозначения гидравлического масла: МГ–22–Б – минеральное масло с антиокислительными и антикоррозионными присадками, предназначены для гидросистем с рабочим давлением до 25 МПа и температурой масла в объеме 80^оС. Вязкость при 50^оС примерно 22 сСт (сантистокс). Старое (торговое) название – АУП по ТУ 38.1011258.

Водомасляные эмульсии представляют собой смеси (эмульсии) воды и минерального масла. Минеральные масла в эмульсиях служат для уменьшения коррозионного воздействия и увеличения смазывающей способности рабочей жидкости. Эмульсии применяют в гидросистемах машин, работающих в пожароопасных условиях и в машинах, где требуется большое количество рабочей жидкости (например, в гидравлических прессах). Применение – в диапазоне температур +5^оС…60^оС.

Синтетические жидкости на основе силиконов, хлор- и фторуглеродистых эфиров и т.д. малогорючи, могут работать в широком диапазоне температур ( –60^оС…+200^оС). Дороги, имеют худшие смазывающие свойства, плохо совместимы с резиновыми уплотнениями и шлангами.

Выбор РЖ

Тип жидкости выбирается исходя из интенсивности использования гидропривода. Для периодически работающего ГП, отказ которого не приведет к катастрофическим последствиям, приемлемо индустриальное масло без присадок. Для ответственного ГП, непрерывно работающего в широком диапазоне температур, лучше использовать гидравлические масла с противоизносными присадками.

При выборе РЖ важнейшей характеристикой является вязкость. Чем выше вязкость, тем меньше утечки, но больше потери давления. Слишком вязкую РЖ не сможет подать насос.

Вязкость очень существенно зависит от температуры. Эту связь оценивают по диаграммам «вязкость – температура» или приближенно – по индексу вязкости (ИВ). Чем выше ИВ, тем медленнее возрастает вязкость с понижением температуры. РЖ с индекс вязкости ИВ выше 100 можно использовать при больших перепадах температуры (вне помещений).

Вязкость РЖ должна оставаться в заданных пределах при максимальной и минимальной рабочих температурах. Чаще всего предельные значения вязкости определяется характеристиками насоса. Ориентировочно, для лопастных насосов допустимая вязкость РЖ лежит в диапазоне от 14 до 160 сантистоксов (сСТ); для шестереночных насосов с внешним зацеплением – от 10 до 300 сантистоксов (сСТ), с внутренним зацеплением максимальная вязкость РЖ может достигать 2200 сантистоксов (сСТ). Для аксиально-поршневых насосов допустимая вязкость РЖ лежит в диапазоне 10…1000 сСт.

Пример выбора РЖ

Цеховой кран оборудован гидроприводом ходовой части и лебедки. При разгрузке автомобилей он должен быть способен выезжать из помещения. Режим эксплуатации – непрерывный. Принимаем диапазон изменения: температуры окружающей среды: –10…+40^оС; температуры РЖ: 0…+60^оС.

Выбираем индустриальное масло И–Г–А–32 для гидравлических систем без присадок для работы при давлении до 6.3 МПа. По диаграмме вязкости его вязкость при 0^оС=300 сСт, при +60^оС=15 сСт.

Для заданных условий использования и выбранного масла можно использовать любой тип насоса, кроме лопастного, поскольку для него допустимая вязкость РЖ лежит в диапазоне от 14 до 160 сантистоксов.

Фильтры

Загрязнения РЖ является причиной 80% отказов гидропривода и главным фактором износа его компонентов. Самые опасные загрязнения, размер которых равен примерно половины высоты зазора в гидроаппаратах.

Источники загрязнений:

внешние – поступают из окружающей среды через отверстия в баке и уплотнения.

внутренние – оставшиеся после сборки (самые опасные), а также продукты износа.

Чистота РЖ оценивается классом от 0 (самый чистый) до 17 по ГОСТ 17216–2001. Различие между классами – число частиц загрязнений разного размера в мерном объеме 100 см³. В настоящее время уровень загрязненности определяется с помощью автоматических счетчиков частиц.

Оптимальный уровень чистоты РЖ – на уровне 9-11 класса, причем частицы размером свыше 50 мкм практически отсутствуют. Это уровень обеспечивает минимальный эксплуатационный износ агрегатов и отработку ими полного ресурса.

Для очистки РЖ используются фильтры и сепараторы.

Принцип работы фильтра основан на пропуске жидкости через щелевые, сетчатые или пористые фильтрующие элементы. Загрязнения задерживаются на их поверхности или в глубине. Наиболее распространены гофрированные фильтроэлементы из бумаги или стекловолокна (т.н. стеклобумага).

Бумажные фильтроэлементы не подлежат восстановлению. Загрязненные фильтроэлементы необходимо заменять по сигналу индикатора на фильтре. Критерий замены – достижение перепада давления на фильтре заданной величины (0.05 МПа или 0.5 кГ/см²) при рабочей температуре РЖ.

Главная характеристика фильтра – тонкость очистки. Номинальной тонкостью фильтрации принято считать минимальный размер частиц, 95% которых задерживается фильтром. Повышение тонкости фильтрации с 25 до 10  увеличивает ресурс гидропривода в 7…8 раз.

Сепараторы осаждают частицы загрязнений в гравитационном, центробежном или магнитном поле. Простейший гравитационный сепаратор – гидробак, где загрязнения осаждаются на дно. В бак встраивают магнитные патроны, фиксирующие стальные частицы загрязнений. Одно из самых эффективных средств очистки РЖ – центрифуги. РЖ подается во ротор, вращающийся со скоростью 20000 об/мин. Под действием центробежной силы частицы загрязнения размером до 5…10  оседают на стенках и накапливаются в отстойнике.

Для защиты от поступления пыли из воздуха на гидробак устанавливается фильтр-сапун с набивкой из синтетической ваты или поролона.

В зависимости от мест установки в гидросистеме различают всасывающие, напорные и сливные фильтры.

Установка фильтров на всасывающей гидролинии обеспечивает защиту всех элементов гидросистемы. Недостатки: ухудшатся всасывающая способность насосов и возможно появление кавитации.

Установка фильтров на напорной гидролинии обеспечивает защиту всех элементов, кроме насоса. Засорение может вызвать разрушение фильтрующих элементов и залповый выброс загрязнений в систему. Для предотвращения этого устанавливают обходный (байпасный) клапан.

Установка фильтров на сливной гидролинии наиболее распространена, так как фильтры не испытывают высокого давления и не создают дополнительного сопротивления РЖ, возвращающейся в гидробак. Недостаток такой схемы заключается в создании подпора в сливной гидролинии, что не всегда желательно.