книги из ГПНТБ / Эксплуатационные свойства и применение горючего, смазочных материалов и специальных жидкостей учебное пособие

В гидросистемах самолетов температура' колеблется от — 60 до 150° С, а в сверхзвуковых достигает 200° С.

В гидроприводах автомобилей температура жидкости обычно изменяется от минус 40° С зимой до плюс 80—100° С летом. При эксплуатации наземной техники в арктических условиях темпера­ тура жидкости нередко снижается до минус 60° С.

Меньшие колебания температуры жидкости (от 0 до 60°С) на­ блюдаются в гидросистемах кораблей, потому что их гидроприво­ ды обычно размещены в закрытых помещениях и защищены ог воздействия наружного воздуха.

Рабочее давление в гидроприводах самолетов, и кораблей дости­ гает 150—200 кг/см2, а наземных машин, приводимых в действие водителем, не превышает 10 кг/см2. Жидкости, работающие в гид­ росистемах, постоянно контактируют с различными металлически­ ми деталями агрегатов гидросистемы и с резиновыми уплотните­ лями.

Жидкость в гидроприводах может обводняться как в результате конденсации в расходном баке паров воды из воздуха, так и вслед­ ствие попадания влаги на открытые поверхности выдвигающихся деталей.

Особенно интенсивно обводняется жидкость в гидравлических системах подводных лодок. Этому способствуют условия их экс­ плуатации.

Вода, проникающая в систему, ухудшает смазывающие свой­ ства рабочей жидкости, усиливает ее окисление и коррозионность. Продукты коррозии, попадая на полированные трущиеся поверх­ ности, ускоряют износ механизмов, а также резиновых уплотни­ тельных деталей. В некоторых жидкостях вода может образовы­ вать эмульсию.

Большое давление в гидросистемах, неисправность уплотнитель­ ных устройств, малая вязкость применяемой жидкости и ряд дру­ гих факторов могут являться причиной утечки жидкости из си­ стемы. При нарушении герметичности авиационных гидросистем

Условия применения жидкостей в гидроприводах и амортиза­ торах самолетов существенно не отличаются. Поэтому для гидро­ систем самолетов используют единую жидкость. Условия работы жидкостей в гидравлических приводах и амортизаторах назем­ ных машин существенно различаются. Это не позволяет приме­ нять в них одну и ту же жидкость.

На современных машинах устанавливают преимущественно гидравлические амортизаторы телескопического типа (рис. 92). Ь процессе работы машин жидкости в амортизаторах сильно на­ греваются и отдают тепло через корпус в атмосферу.

320

Температура жидкости зависит от конструкции амортизаторов, дорожных, климатических условий, а также применяемой жид­ кости.

В амортизаторах самолетов жидкость воспринимает большие, но кратковременные нагрузки лишь при взлете и посадке самоле­ тов и нагревается до 80—100° С.

В амортизаторах наземных машин теле­ скопического типа, эксплуатируемых в юж­ ных районах страны, жидкость работает в жестких условиях и нагревается летом до 120—140° С. Зимой в северных районах ее температура может понизиться до минус

50—60° С.

Давление жидкости в амортизаторах ма­ шин может достигать 80—120 кг/см2. Жид­ кость длительное время контактирует с де­ талями амортизаторов, изготовленными из резины. Она подвергается механическому воздействию при многократном перетека­ нии через отверстия клапанов и дросселей амортизаторов.

Требования к качеству. Жидкости, при­ меняемые в гидравлических системах, дол­ жны обеспечивать надежную и длительную работу этих систем при различных условиях эксплуатации техники. Это достигается лишь в том случае, когда качество приме­ няемых жидкостей удовлетворяет опреде­ ленным требованиям.

Требования к качеству жидкостей для гидравлических систем, самолетов, кораб­ лей и наземных машин имеют много обще­ го. Специфические особенности условий применения жидкостей в системах различ­ ных машин лишь накладывают отпечаток на уровень этих требований. Для обеспече­ ния надежной и длительной работы гидро­

— обладать высокой физической и химической стабильностью, т. е. не изменять свойства при длительном воздействии кислорода

воздуха, рабочих температур, механических нагрузок и других факторов, иметь небольшую упругость паров и высокую темпера­ туру кипения;

•— обладать хорошими протйвоизносными свойствами и обеспе­ чивать снижение износа трущихся пар и уплотнителей;

—защищать металлические детали системы от коррозии;

—быть пожаро- и взрывобезопасными, нетоксичными и неде­ фицитными.

Наиболее высокие требования предъявляются к качеству жид­ костей, применяемых в гидравлических системах самолетов. Свя­ зано это с тем, что указанные жидкости работают в более жестких условиях, а также большой опасностью последствий при наруше­ ниях в работе гидросистем самолетов. Развитие современной сверх­ звуковой авиации сопровождается дальнейшим значительным уже­ сточением условий применения и повышением требований к каче­ ству жидкостей.

Увеличение скорости, дальности полета и связанный с этим аэродинамический нагрев, использование высокооборотных насосов и повышение давления в гидроприводах привели к повышению ра­ бочей температуры жидкости в гидросистемах сверхзвуковых са­ молетов. Для обеспечения надежной эксплуатации гидросистем са­ молетов скоростной реактивной авиации требуются жидкости и уплотнения, способные длительное время выдерживать нагрев до 250° С. Жидкости должны прежде всего обладать высокой пожаро- и взрывобезопасностью и сохранять работоспособность при высо­ ких температурах.

Для жидкостей, применяемых в гидросистемах кораблей и под­ водных лодок, наряду с другими особенно высокие требования предъявляются к пожаро-и взрывобезопасности, токсичности и за­ щитным свойствам, т. е. способности жидкостей защищать метал­ лы от коррозии при попадании в гидросистему морской воды.

Сорта и применение. В гидравлических приводах и амортизато­ рах применяют жидкости двух типов: на нефтяной и синтетической основах.

На нефтяной основе используют два вида жидкостей:

—маловязкие дистиллятные масла (МВП, И-12, И-20, транс­ форматорное, веретенное АУ, АУп, РМ, Л-1) и их смеси;

—загущенные маловязкие масла, получаемые путем добавле­ ния вязкостных присадок к низкозастывающим керосино-газойле-

вым нефтяным фракциям (АМГ-10, ГМ-50И, РМЦ, МГЕ-ЮА). Ко многим нефтяным жидкостям добавляют антиокислительные, противоизносные и антипенные присадки.

К жидкостям на синтетической основе относят спирто-касторо­ вые (БСК, АСК и др.), спирто-глицериновые (АМ-70/10, ГЛ-60/0, ГЗ-40/15, 90/10) и гликолевые (ГТЖ-22) смеси, а также жидкости на базе полисилоксанов, сложных органических эфиров и других синтетических продуктов.

322

Наибольшее распространение получили жидкости на нефтяной основе, загущенные виниполом ВБ-2, полиизобутилентом, полиме­ такрилатом или синтетическими продуктами. Так, в гидравличе­ ских системах самолетов широко применяют жидкость АМГ-10.

В гидравлических приводах тормозов автомобилей, имеющих уплотнения из маслостойкой резины, применяют жидкость ГТН, а в приводах с уплотнениями из обычной резины используют гли­ колевую жидкость ГТЖ-22 или спирто-касторовые смеси БСК и АСК при температурах не ниже — 20° С.

В гидравлических амортизаторах автомобилей применяют ве­ ретенное масло АУ или смесь трансформаторного и турбинного 22 (1:1). Лучшими эксплуатационными свойствами обладают все­ сезонные амортизаторные жидкости АЖ-16 и АЖ-12т. АЖ-16 по­ лучают загущением вязкостными присадками смеси низкозастывающих нефтяных масел, АЖ-12т представляет смесь маловязко­ го низкозастывающего нефтяного масла с высоковязкой полисилоксановой жидкостью, к которой добавлены присадки, улучшающие противоизносные и антиокислительные свойства.

Для амортизаторов тяжелых гусеничных машин применяют жидкость АЖ-170, получаемую смешением нефтяного масла с вяз­ кой силиконовой жидкостью.

В гидросистемах кораблей обычно используют масло веретен­ ное АУ или то же масло с присадкой ионол (АУп).

Для гидроприводов дорожных, строительных машин и авто­ погрузчиков применяют зимой веретенное масло АУ или индустри­ альное 12, а летом — индустриальное 20 или турбинное 22.

Спирто-водо-глицериновые смеси ранее широко применялись в гидросистемах самолетов. В настоящее время они почти полностью вытеснены жидкостями на нефтяной основе.

Жидкость МГЕ-10А (масло гидравлическое единое) получают загущением низкозастывающей керосино-газойлевой фракции анастасьевской нефти виниполом ВБ-2 с добавлением присадок ионола, окисленного петролатума и ПМС-200А. Она предназначена для применения в качестве единой жидкости в гидросистемах раз­ личных машин и замены жидкостей АМГ-10, ГТН, АУп, РМ,

ГМ-50И.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Механические свойства. Механические свойства рабочих жид­ костей для гидросистем характеризуются их вязкостью и сжимае­ мостью. Вязкость оказывает большое влияние на надежность и эф­ фективность работы гидросистем. Понижение вязкости ухудшает уплотнение в сальниках и рабочих цилиндрах. Это приводит к рез­ кому падению давления в гидросистеме и нарушению ее работы.

Утечка жидкости из гидросистем вызывает загрязнение окру­ жающего воздуха ее парами и создает опасность возникновения взрывов и пожаров.

Повышение вязкости рабочей жидкости приводит к росту со­ противления ее движению по трубопроводам гидросистемы, увели­ чивает нагрузку на насосы и уменьшает чувствительность гидро­ привода.

Кинематическая вязкость жидкости для гидротормозов авто­ мобилей при 50° С должна быть в пределах 8—8,5 сст, а при минус 50° С — не более 2000 сст. Вязкость жидкости гидроприводов само­ летов при 70° С должна находиться в пределах 8—8,5 и не превы­ шать 1100 сст и при минус 50° С. Для гидроприводов самолетов со сверхзвуковой скоростью полета требуются жидкости с вязкостью 3 сст при 200° С и не более 2000 сст при минус 60° С. В гидросисте­ мах кораблей обычно применяют жидкости с вязкостью 10—15 сст при 50° С.

Рабочие жидкости обеспечивают нормальную работу автомо­ бильных амортизаторов, если их вязкость при 50° С составляет 12—16 сст, а при минус 40°С не превышает 6500 сст. Температура застывания жидкостей для гидросистем должна быть не выше ми­ нус 55° С.

Данные о вязкостно-температурных свойствах основных типов жидкостей для гидравлических систем, приведенные в табл. 38, свидетельствуют о том, что наиболее пологими вязкостно-темпе­ ратурными кривыми характеризуются жидкости на нефтяной осно­ ве, полученные путем загущения керосино-газойлевых фракций

324

Хорошие вязкостно-температурные свойства имеет гликолевая

жидкость ГТЖ-22.

Спирто-касторовые жидкости БСК и ЭСК характеризуются крутой вязкостно-температурной кривой и сравнительно высокой температурой кристаллизации (около — 40° С ). Для улучшения низкотемпературных свойств жидкостей в них увеличивают кон­ центрацию спирта.

По вязкостно-температурным свойствам спирто-глицериновые и спирто-водо-глицериновые смеси практически не отличаются от спирто-касторовых.

При использовании загущенных жидкостей в амортизаторах происходит механическая деструкция полимеров. Это приводит к снижению вязкости жидкости и нарушению нормальной работы амортизатора. Для стабилизации вязкости к нефтяным маслам до­ бавляют силиконовые жидкости в количестве 5—6%.

От сжимаемости жидкости зависит быстрота действий гидроси­ стемы, ее к. п. д., а также колебательные процессы в ней. Сжимае­ мость жидкостей связана с наличием в их структуре свободного пространства между молекулами и зависит от условий работы (температура, давление) и наиболее существенно — от содержания нерастворенного воздуха.

При растворении газа в жидкости объем раствора жидкость — газ увеличивается незначительно (всего на 0,15—0,2%). Эго часто позволяет рассматривать жидкости практически несжимаемыми. Однако общее содержание воздуха в масле действующей гидро­ передачи может изменяться в пределах 0,5—0,15% от его объема. Поэтому в настоящее время сжимаемости .жидкостей прида­ ется большое значение при проектировании современных гидро­ систем.

Противоизносные свойства. Высокое давление в гидроприводах Л00—200 кг/см2) приводит к созданию больших нагрузок на тру­ щиеся детали насосов, рабочих цилиндров, уплотнителей. Это обvcлoвливaeт повышенные требования к противоизносным свойст­ вам жидкостей. Неудовлетворительные противоизносные свойства, так же как и низкая вязкость жидкости, способствуют повышен­ ному износу трущихся деталей, особенно прецизионных (напри­ мер, золотников автопилота), а также истиранию резиновых ман­ жет и других уплотнений. Особенно большое значение противоиз­ носные свойства имеют для амортизаторных жидкостей.

Эти свойства зависят от химического состава жидкостей. Луч­ шими противоизносными свойствами обладают жидкости на неф­ тяной основе. Хорошо защищают детали от износа спирто-касто­ ровые смеси. Спирто-глицериновые смеси по противоизносным свойствам значительно уступают нефтяным и касторовым жидко­ стям. Так, износ шестерен насоса гидропривода в самолете при ра­ боте на спирто-глицериновой смеси в 8 раз больше, чем при ис­ пользовании нефтяной жидкости

325

Хорошими противоизносными свойствами обладают галоидо­ производные углеводородов и фосфорорганические эфиры, неудов­ летворительными— жидкости на основе гликолей и кремнийорганические. Для улучшения противоизносных свойств жидкостей, применяемых в гидросистемах, широко применяют в основном те же присадки, которые добавляют к смазочным маслам. При вве­ дении присадок в 3—4 раза уменьшается износ трущихся деталей гидросистемы.

Оценка противоизносных свойств жидкостей производится по тем же методам, что и смазочных масел.

Стабильность. Значение химической стабильности все время возрастает в связи с повышением температуры жидкости в агре­ гатах гидросистем. Наибольшее химическое превращение жид­ кости в гидроприводах происходит в результате окисления при повышенных температурах. Имеются существенные особенности

стью поверхностях штоков, которые периодически для выполнения заданных операций выдвигаются из цилиндров, заполненных жид­ костью (окисление в тонком слое). При окислении жидкости на поверхности металлов сильнее проявляется их каталитическое дей­ ствие и быстрее происходит испарение легких фракций. В резуль­ тате окисления жидкость на поверхности металлов превращает­ ся в липкую, постепенно затвердевающую пленку, которая затруд­ няет работу сопряженных трущихся деталей гидросистемы.

Окисление жидкости, происходящее в объеме, протекает менее глубоко и приводит к повышению ее вязкости, кислотного числа и образованию нерастворимых в ней продуктов-осадков.

Наиболее высокой химической стабильностью отличаются жид­ кости на базе фторуглеродов и фтор-хлоруглеродов.

Эфиры фосфорной кислоты, и особенно третичные, обладают высокой термической и термоокислительной стабильностью. Одна­ ко они могут подвергаться частичному гидролизу, но это не явля­ ется препятствием для их применения в качестве жидкостей в гид­ равлических системах.

Высокой устойчивостью к окислению и термической стабильно­ стью обладают полисилоксановые жидкости, что открывает перс­ пективу использования их в качестве высокотемпературных жид­ костей для гидравлических систем сверхзвуковых самолетов.

Жидкости на нефтяной основе устойчивы к окислению лишь при нагревании до 120° С. Этого недостаточно для обеспече­ ния нормальной работы гидравлических систем сверхзвуковых са­ молетов и гидравлических амортизаторов тяжелонагруженных ав­ томобилей, эксплуатируемых в южных районах страны, где жид­ кость нагревается до 120—140° С. В результате происходит окисле­ ние и образование осадков и коррозионно-активных продуктов. Для повышения устойчивости к окислению в жидкости взо-

326

.пят антиокислительные присадки: ионол, параоксидифениламин и другие.

Жидкости на касторовой основе по химической стабильности уступают нефтяным. Даже при длительном хранении наблюдается заметное окисление их, сопровождающееся повышением кислотно­ го числа.

Спирто-глицериновые жидкости обладают лучшей антиокислительной стабильностью, чем спирто-касторовые, и не уступают неф­ тяным.

Стабильность жидкостей при окислении в объеме в основном оценивается по методу ВТИ. Условия испытания указываются в стандартах или технических условиях на жидкости. Оценка склон­ ности к окислению может производиться на специальных лабо­ раторных установках, в которых в достаточной степени воспро­ изводятся рабочие условия в гидросистеме.

Критериями оценки стабильности испытуемой жидкости служат изменение ее вязкости, кислотного числа и количество осадка.

Результаты оценки стабильности жидкостей различного состава на установке ПЗЗ представлены на графиках (рис. 93, 94).

Рис. 93. Вязкость жидкостей после окисления при различных температурах (т= 2 ч):

Г-АМГ-10; 2-АМГ; 3-МГЕ-ЮА; 4-АМ-70/10.

Стабильность жидкости при окислении в тонком слое обычно оценивают путем выдерживания металлической или стеклянной пластинки с нанесенным слоем жидкости в сушильном шкафу в те­ чение определенного времени при заданной температуре. Жидко­

327

сти, обладающие недостаточной стабильностью, образуют липкую или сухую твердую пленку.

Анализ данных, приведен­ ных на графиках, подтвержда­ ет высказанные ранее положе­ ния по стабильности рабочих жидкостей.

От физической стабильности жидкостей в большой степени зависит надежность работы гидравлических систем машин.. В спирто-касторовых жидко­ стях при низких температурах образуются кристаллы некото­ рых компонентов касторового масла, превращающиеся в сгустки. Выделение кристал­ лов глицеридов и некоторых других компонентов начинает­ ся уже при температуре минус 5° С. При длительном воздей­

25 J5 50 75 ЮО ствии низких температур (по­ рядка минус 20°С) наблюдает­ ся интенсивное выделение кри­ сталлов. Это вызывает нару­ шения и отказ в работе гидро­ приводов тормозов автомо­ билей.

Спирто-глицериновые сме­ си склонны к переохлаждению и внезапному затвердению в атом состоянии при механическом воздействии или загрязнении при­ месями.

В летний период эксплуатации техники из спирто-касторовых смесей испаряется этиловый спирт, что сопровождается изменени­ ем их состава и повышением вязкости. Пары спирта могут вызвать образование паровых пробок в гидросистемах. Спирто-глицерино­ вые жидкости также характеризуются повышенной испаряемостью.

Жидкости на нефтяной основе менее летучи, чем спирто-касто­ ровые и спирто-водо-глицериновые смеси. Еще меньшей испаряе­ мостью обладают полисилоксановые жидкости, а также эфиры Фосфорной кислоты. Фторуглеродные жидкости более летучи, чем нефтяные.

В жидкостях, загущенных полимерными присадками, наблюда­ ются механическая деструкция полимеров и снижение вязкости.

Известно много методов оценки физической стабильности жид­ костей для гидросистем. Так определяют температуры кипения, расслаивания, кристаллизации, замерзания, изменение вязкости

328

загущенных жидкостей после воздействия на нее нагрузки в опре­ деленных условиях.

Коррозионность. Окисление жидкостей в гидросистемах при вы­ соких температурах и образование кислых продуктов, контакт с различными металлами и сплавами создают условия для возник­ новения и протекания процесса химической и электрохимической коррозии.

Коррозионная активность жидкостей зависит от их химического состава и внешних условий, важнейшим из которых является тем­ пература.

Температура, °С

Рис. 95. Зависимость коррозионности жидкостей от температуры:

;-АМГ-10;2—АГМ; МГЕ-10А; 4—АМ-70/10.

Коррозионная активность нефтяных жидкостей заметно прояв­ ляется только при повышенных температурах (рис. 95). Наиболее активны по отношению к меди и свинцу спирто-касторовые смеси. Спирто-глицериновые жидкости также обладают повышенной кор­ розионной активностью. Жидкости на базе гликолей без присадок вызывают коррозию чугунных и стальных деталей. Поэтому к жид­ кости ГТЖ-22 добавляют триэганоламинофосфат.

Жидкости на базе фторуглеродов способны взаимодействовать с неокисленной поверхностью металлов. При длительном контакте они коррозируют медь и ее сплавы, особенно в присутствии влаги.

329