Рабочая жидкость гидросистем

Основная функция рабочих жидкостей (жидких сред) для гидравлических систем — передача механической энергии от ее источника к месту использования с обеспечением изменения величины или направления приложенной силы. Гидравлический привод не может действовать без жидкой рабочей среды, являющейся необходимым конструкционным элементом любой гидравлической системы.

Рабочие жидкости гидросистем должны обладать следующими свойствами:

1. Хорошие смазывающие свойства. Рабочая жидкость должна создавать на поверхности трущихся пар поверхностную пленку, предотвращающую сухое трение.

2. Минимальная зависимость вязкости от температуры в требуемом диапазоне температур. Важными характеристиками рабочей жидкости являются температуры застывания и замерзания.

Температурой застывания называется наибольшая температура, при которой поверхность жидкости, залитой в стандартную пробирку, не перемещается при наклоне пробирки на 45° в течение 5 минут. Эта температура характеризует жидкость с точки зрения сохранения ее текучести, а, следовательно, возможности ее транспортировки и слива при низких температурах. Температура застывания рабочей жидкости должна быть на 10 – 17°С ниже наименьшей температуры окружающей среды, в условиях которой будет работать гидросистема.

Температура замерзания – это температура начала кристаллизации, то есть температура, при которой в жидкости образуется облачко из мельчайших кристаллов.

3. Огнестойкость. Жидкость не должна быть причиной возникновения или распространения пожара. С этой точки зрения ее характеризуют температурами вспышки, воспламенения и самовоспламенения.

Температура вспышки – это минимальная температура, при которой над поверхностью жидкости образуется количество пара, достаточное для кратковременной вспышки при появлении источника огня (искры).

Температура воспламенения – это минимальная температура, при которой количество выделяемого пара над поверхностью жидкости достаточно для продолжительного горения при появлении источника огня.

Температура самовоспламенения – это минимальная температура, при которой над поверхностью жидкости выделяется такое количество паров, что их становится достаточно для самопроизвольного воспламенения без постороннего источника огня.

Всегда температура вспышки ниже температуры воспламенения, а температура самовоспламенения – выше, но величина интервалов между этими температурами может быть самой разной.

Масла на нефтяной основе имеют температуры воспламенения примерно 180 – 230°С, а самовоспламенения – 260 – 370°С и выше. Синтетические рабочие жидкости менее опасны в пожарном отношении, чем минеральные масла. В условиях эксплуатации они не распространяют огня, хотя в принципе они могут гореть. Минеральные масла при температурах выше 70°С следует отделять от воздуха химически неактивным газом (азотом, гелием, аргоном и т.п.) или механическими способами.

4. Низкая испаряемость и растворимость газов. Не желательно, чтобы в состав рабочей жидкости входили легко испаряющиеся компоненты, испарение которых может привести к загустеванию жидкости, а также способствовать возникновению кавитации насоса.

5. Высокий объемный модуль упругости, то есть жидкость должна быть жесткой.

6. Нейтральность к применяемым материалам. Минеральные масла оказывают благотворное воздействие на металлические изделия. Масляная пленка защищает металл от коррозии и возникновения механических повреждений при трении. На резиновые изделия, в частности уплотнения, минеральное масло оказывает разрушающее воздействие. В резине под действием масла протекают сложные физико-химические процессы (вымывание отдельных компонентов резины и замещение их жидкостью). При этом изменяются как физико-механические свойства резины, так и объем уплотнения. Резина может набухать, может дать усадку. Это зависит от марки резины и марки масла. По техническим условиям допускается набухание резины до 5 – 6 %, или усадка до 3 % от первоначального объема.

7. Механическая и химическая стойкость. Физическая стабильность жидкости нарушается при длительной работе в условиях высоких давлений, вибраций или при высоких касательных напряжениях (при дросселировании). В результате этого в жидкости происходят молекулярно-структурные изменения в жидкости (механическая деструкция), сопровождающаяся понижением ее вязкости и ухудшением ее смазывающих свойств.

При указанных механических воздействиях разрушаются длинные углеводородные цепочки, они “перемалываются” при длительном “мятии”. Особенно заметен этот эффект в масляных смесях с вязкостными добавками.

Под химической стойкостью понимают устойчивость жидкости против “старения” (химической деструкции), происходящего в результате ее окисления кислородом воздуха. В процессе окисления из жидкости выпадает осадок в виде смол. С ростом температуры процесс окисления ускоряется (повышение температуры на 8 – 10°С приводит к удвоению скорости окисления масла).

Большинство минеральных масел при повышении температуры даже до сравнительно невысоких значений изменяют свой состав. Происходит либо крекинг-процесс, сопровождающийся уменьшением среднего молекулярного веса и выделением легко летучих фракций, либо процесс полимеризации, при котором образуются смолы, осадки, коксоподобные вещества. Иногда протекают оба эти процесса. С повышением температуры эти процессы ускоряются, при высокой температуре масло может стать негодным уже через несколько десятков часов, так как необратимо падает его вязкость.