1. 1.1.1 Властивості рідин і газів

Робочим середовищем у гідросистемах бувають різні сорти мінеральних рідин, а саме: дистилятні масла з добавкам загус­тителів у вигляді твердих вуглеводів (парафін, церезин тощо) і рід­ше рідин на основі органічних і кремнійорганічних сполучень. Осо­бливо широко використовуються суміші мінеральних масел, виготовле­них із малов’язких продуктів з високов'язкими компонентами (загустителями). Серед мінеральних масел частіше використовуються індустрі­альні (ІС-12; ІС-20; ІС-30; ІС-45; ІС-50; ІГП-Г8; ІГП-38; ІГП-49 і інші), турбінні (Т22; ТЗО; Т46; Т57) й циліндрові (ІІ; 24; 38; 52) масла. Поряд з маслами використовуються й водомасляні емульсії двох видів: "масло у воді" і "вода у маслі".

Основними показниками для оцінки якості робочої рідини є в'язкісно-температурні та антикорозійні властивості, мастильна здатність, не агресивність до ущільнюючих деталей.

В'язкість робочого середовища - це властивість чинити опір зсуву шарів рідини, що враховується при розрахунках режимів руху рідини. Розрізняють динамічну й кінематичну в'язкості. Фізична сутні­сть полягає в тому, що при русі рідини (газу) вздовж твердої стінки швидкість її шарів в результаті гальмування потоку буде різною, внаслідок чого між шарами виникає сила тертя. Ця сила визначаєть­ся за рівнянням, яке характеризує закон рідинного тертя Ньютона:

; (1.3)

. (1.4)

де F - сила рідинного тертя, Н; S - площа поверхні стичних шарів, м² ; dv/dy - поперечний градієнт швидкості, с^-1 ; μ - коефіцієнт пропорційності (динамічна в'язкість), Н·с/м² (Па·с).

Кінематичну в'язкість ν (м²/с) визначають шляхом ділення динамічної в'язкості μ на густину, тобто ν=μ/ρ .

В'язкість, як і густина, залежить від температури й тиску. Ра­ніше її розмірністю служив пуаз (П) і кілограм-сила-секунда на ква­дратний метр (кгс·с/м² ), а розмірністю кінематичної в'язкості - стокс (Ст) і сантистокс (сСт).

Співвідношення між одиницями в'язкості:

І пуаз (П) = 0,1 Па·с = 0,1 Н·с/м²;

I стокс (Ст) = 10^-4 м²/с;

I сСт = 10^-6 м²/с = 1 мм²/с.

Стисливість рідин. Усі рідини, крім ідеальної, і особливо гази змінюють свій об'­єм при зміні тиску. Характеристикою відносної зміни об'єму є коефі­цієнт стисливості β (коефіцієнт відносного стиснення), який при умові, що стиснення підкоряється закону Гука, може бути визначений за формулою:

_, (1.5)

де ∆ р = р₂ - р₁ - зміна тиску, що діє на робоче середовище, МПа; ∆ V=V₀ -V - зміна об'єму робочого середовища при зміні ти­ску на величину ∆ р, м³; V₀, V - початковий об'єм робочого середовища при атмо­сферному тиску і об'єм при зміні тиску на величину ∆ р , м³.

Величина зворотня β, називається об'ємним модулем пружності робочого середовища при всебічному стисненні, МПа:

(1.6)

Величина модуля залежить від типу рідини, тиску й температури. При 20°С і атмосферному тиску модуль пружності мінеральних масел дорівнює 1350 - 1750 МПа (для розрахунків приймають Е = 1500 МПа), води 2000 МПа, силіконової рідини - 1050 МПа. Найбільш високий мо­дуль пружності з рідин органічного походження має гліцерин: Е = 4000 МПа. Стисливість рідини враховується при вивченні гідравлічних ударів, коливальних процесів, стійкості й точності руху, часу запізнення початку руху робочого органа. Зокрема, час запізнення початку руху гідроциліндра можна визначити за формулою, с:

, (1.7)

де - кількість робочої рідини, яка надходить у порожнину гідроциліндра за одиницю часу (подача), м³/с.

В інших випадках стисливість не враховують. Стисливість газів і, зокрема, повітря значно вища від стисливості рідин і при їх стисненні в ізотермному режимі модуль пружно­сті газу у числовому виразі дорівнює тому тиску, під яким перебу­ває газ. Тому насичення рідин нерозчинними газами може істотно знизити об'ємний модуль рідини, внаслідок чого підвищується податли­вість вихідної ланки гідромотора під дією зовнішнього навантажен­ня. У цьому випадку модуль рідинно-газової суміші при тиску буде:

(1.8)

де V_п=V_оп/(V_оп + V_ор) - відносний об'єм повітря; V_оп - початковий об'єм повітря;

V_ор - початковий об'єм рідини; Е_р - модуль пружності рідини; V_р = V_ор/(V_ор- V_оп) - відносний початковий об'єм рідини.

Разом з тим врахувати об'єм газу у рідині практично неможливо. Тому доцільніше не допускати його проникання в гідроциліндр. Для цього необхідно дотримуватись таких умов:

• перед заправленням гідросистеми потрібно вилучити гази з рі­дини;

• у гідроциліндрах, трубопроводах і елементах гідросистеми необхідно передбачати пробки для випуску газів;

• необхідно зберігати потрібний рівень рідини у посудині;

• не допускати контакту рідини з газом, який є під надлишко­вим тиском;

• бак гідросистеми необхідно розділяти перегородкою на камери всмоктування і нагнітання;

• виключати підсмоктування повітря в місцях з'єднання насоса і труби всмоктування.

Величину сумарного модуля, який враховує пружність стінок гідроциліндра (трубопроводу) і рідини, яка є в ньому, визначають за формулою:

_{, (1.9)}

де Е_м - модуль пружності матеріалу циліндра; d_о - внутрішній діаметр циліндра (трубопроводу); δ - товщина стінки циліндра (трубопроводу).