Рабочая жидкость

Рабочая жидкость

Оглавление.

стр.

1. Требования к рабочим жидкостям .................................

2

2. Свойства и характеристики рабочей жидкости .............. 3

3. Виды рабочих жидкостей

............................................... 11

4. Обозначение марок рабочих жидкостей ........................ 16

5. Рекомендуемые масла для станочных гидроприводов.......17

6. Фильтры, применяемые в станочных гидроприводах........18

7. Уплотнения,применяемые в станочных гидроприводах.....19

1 . ТРЕБОВАНИЯ К РАБОЧИМ ЖИДКОСТЯМ .

Нормальная эксплуатация гидропривода возможна при использовании

таких рабочих жидкостей ,которые одновременно могут выполнять различные

функции.

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. К функциям рабочей жидкости относится и

защита деталей гидропривода от коррозии.

В связи с этим к рабочим жидкостям предъявляются разносторонние

требования, в некоторой степени противоречивые и выполнение которых в

полной мере не всегда возможно. К ним относятся:

- хорошие смазочные свойства;

- малое изменение вязкости при изменении температуры и давления;

- инертность в отношении конструкционных материалов деталей

гидропривода;

-оптимальная вязкость, обеспечивающая минимальные энергетические

потери и нормальное функционирование уплотнений;

- малая токсичность самой рабочей жидкости и её паров;

- малая склонность к вспениванию;

- антикоррозийные свойства; способность предохранять детали

гидропривода от коррозии;

- оптимальная плотность;

- долговечность;

- оптимальная растворимость воды рабочей жидкостью: плохая для чистых

минеральных масел ; хорошая для эмульсий и т.п.

- невоспламеняемость;

- малая способность поглощения или растворения воздуха;

- хорошая теплопроводность;

- малый коэффициент теплового расширения;

- способность хорошо очищаться от загрязнений;

- совместимость с другими марками рабочей жидкости;

- 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.

2 .СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

2.1 ОБЩЕФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Плотность рабочей жидкости - физическая величина, характеризующая

отношение массы m жидкости к её объёму :

( = m / V.

Размерность плотности - кг / м3.

Величина плотности имеет большое значение для энергетических

характеристик гидропривода. От неё зависит величина гидравлических

потерь, определяемая, как

[pic]pпот=(C2/2 ,

где С - скорость движения жидкости.

Изменение плотности рабочей жидкости при изменении темпе-ратуры от t1

до t2 описывается выражением:

(t2 =( n1 / 1+((t2-t1) .

где ( - коэфициент объемного расширения.

Относительное изменение объема жидкости при изменении температуры

характеризуется температурным коэффициентом объёмного расширения ( .

(= (V/ V (t,

где V и (V - начальный объём и приращение объёма при повышении

температуры на (t. Размерность коэффициента ( - 1((c.

Изменение объёма (V и объём рабочей жидкости при изменении температуры

с t1 до t2 может быть определено по формулам :

(V=( V (t2-t1),

Vt2= Vt1[1+((t2-t1)].

Величина коэффициента объёмного расширения невелика. Однако , это

изменение следует всё же учитывать при расчёте гидроприводов с замкнутой

циркуляцией потока , чтобы избежать разрушений элементов гидропривода при

нагреве.

Возможность разрушения деталей гидропривода обусловлена разницей в

значениях температурного коэффициента объёмного расширения рабочей жидкости

и металла деталей гидропривода. Повышение давления ,обусловленное нагревом

, принято оценивать по формуле:

(p = ((((м)(tE / k

где (м - коэффициент объёмного расширения материала деталей

гидропривода;

E - модуль упругости жидкости;

k- коэффициент , характеризующий объёмную упругость материала

элементов гидропривода.

Грубая оценка повышения давления в замкнутом сосуде при нагреве на

10(C и принятых средних значениях (=8.75 10-4, (м=5.3 10-5, E=1.7

103 Мпа и k=1 дает величину около 15 Мпа. Поэтому в гидроприводе с

замкнутой циркуляцией, эксплуатируемых при широком диапазоне изменения

температуры рабочей жидкос- ти, должны быть установлены

предохранительные клапаны или другие устройства , компенсирующие

температурное увеличение объёма жидкости .

Сжимаемость жидкости - это её способность под действием внешнего

давления изменять свой объём обратимым образом , т.е. так, что после

прекращения действия внешнего давления восстанав- ливается первоначальный

объём .

Сжимаемость жидкости характеризуется модулем упругости жидкости Е с

размерностью Па ( или Мпа) .

Уменьшение объёма жидкости под действием давления определяется по

формуле

(V((V (p ( ( .

При повышении давления модуль упругости увеличивается , а при нагреве

жидкости - уменьшается .

Обычно в масле работающего гидропривода содержится до 6%

нерастворённого воздуха. После отстаивания в течение суток содержание

воздуха уменьшается до 0.01-0.02%. В этом случае рабочая жидкость

представляет собой газожидкостную смесь , модуль упругости которой

подсчитывается по формуле :

Егж = Е(Vж/Vp+1)/(V ж/Vp+E p0/p 2)

где Vж, Vp - объёмы соответственно жидкостной и газовой фаз при

атмосферном давлении Р0.

В рабочей жидкости содержится также определённое количество

растворённого воздуха (пропорциональное величине давления), который

практически не влияет на физико-химические свойства масла, однако

способствует возникновению кавитации , особенно во всасывающих линиях

насосов, в дросселях и других местах гидропривода, где происходит резкое

изменение давления.

2.2 ВЯЗКОСТЬ

Вязкость - свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу одного

слоя относительно другого под действием касательной силы внутреннего

трения. Напряжение трения согласно закону Ньютона пропорционально градиенту

скорости dC/dy

(((dC/dy.

Коэффициент пропорциональности ( носит название динамиче-ской вязкости

(( ((dv/dy.

Единицей динамической вязкости является 1Па.с.(паскаль-секунда).

Более распространённым является другой показатель - кинематическая

вязкость , которая учитывает зависимость сил внутреннего трения от инерции

потока жидкости. Кинематическая вязкость ( или коэффициент динамической

вязкости) определяется выражением

(((((.

Единицей кинематической вязкости является 1м2/c. Эта величина велика

и неудобна для практических расчётов . Поэтому используют величину в 104

меньше -1 см2/c = 1Cт(стокс) , или 1 сотую часть Ст - сСт (сантистокс). В

нормативно-технических документах обычно ука-зывают кинематическую вязкость

при 100(С - ((100) или при 50 (С -((50). Для новых марок масел в

соответствии с международными нормами указывается вязкость при 40(С (точнее

при 37.8(С) - (40. Указанная температура соответствует 1000 по Фаренгейту.

На практике используются и другие параметры , характеризующие

вязкость жидкостей. Часто используют так называемую условную или

относительную вязкость , определямую по течению жидкости через малое

отверстие вискозиметра (прибора для определения вязкости) и сравнению

времени истечения с временем истечения воды. В зависимости от количества

испытуемой жидкости , диаметра отверстия и других условий испытаний

применяют различные показатели. В России для измерения условий вязкости

приняты условные градусы Энглера ((Е), которые представляют собой показания

вискозиметра при 20, 50 и 100(С и обозначаются соответственно ((((( (E50 и

(E100 . Значение вязкости в градусах Энглера есть отношение времени

истечения через отверстие вяскозиметра 200 см3 испытуемой жидкости к

времени истечения такого же количества дистиллированной воды при t=20 С..

Вязкость жидкости зависит от химического состава , от температуры и

давления. Наиболее важным фактором , влияющим на вязкость , является

температура. Зависимость вязкости от температуры различна для различных

жидкостей. Для масел в диапазоне температур от t = +50 0C до температуры

начала застывания применяется фор-мула :

?ж= ?50 exp (A / Tжa )

где ?ж - значение кинематической вязкости при температуре Tж (

( K), в cCm;

A и a - эмпирические коэффициенты.

Для некоторых рабочих жидкостей значения коэффициентов А и а

приведены в табл. 1.

Таблица 1.

| | | | | |

| |ВМГ3 |АМГ-10 |МГ-20 |МГ-30 |

| | | | | |

|А* 10-8 |10,98 |10,82 |40 |94 |

| | 3,06 | | | |

|а | |3,06 |3,77 |3,91 |

Зависимость вязкости от температуры, или так называемые вязкостно-

температурные свойства рабочих жидкостей, оцениваются с помощью индекса

вязкости (ИВ) , являющегося паспортной характеристикой современных масел .

Масла с высоким индексом вязкости меньше изменяют свою вязкость при

изменении температуры. При небольшом индексе вязкости зависимость вязкости

от температуры сильная. ИВ определяется сравнением данного масла с

двумя эталонами. Один из этих эталонов характеризуется крутой вязкостно-

температурной характеристикой , т. е. сильной зависимостью вязкости от

температуры , а другой - пологой характеристикой. Эталону с крутой

характеристикой присвоен ИВ=0 , а эталону с пологой характеристикой - ИВ =

100.

В соответствии с ГОСТ 25371-82 ИВ вычисляется по формуле :

ИВ =(?-?1) /(?-?2)

или ИВ=(?-?1) / ?3

где ? - кинематическая вязкость эталонного масла при t=

40 0C с ИВ=0 и имеющим при t=100 0С такую же кинематическую вязкость

как и данное масло, сСm ;

?1 - кинематическая вязкость данного масла при t=40 0C , сСm

;

?2 - кинематическая вязкость эталонного масла при

t=40 0C, с ИВ=100 и имеющим при t=100 0C такую же вязкость , что и данное

масло, сСm ;

?3= ?- ?2 , cCm .

Реальные рабочие жидкости имеют значения ИВ от 70 до 120.

Вязкость рабочей жидкости увеличивается с повышением давления. Для

практических расчетов может использоваться формула, связывающая

динамическую вязкость с давлением:

(р=(0 ap

где (0 и (р - динамические вязкости при атмосферном

давлении и давлении р .

а - постоянный коэффициент; в зависимости от марки

масла а = 1,002 - 1,004.

При низких температурах масла застывают. Температурой застывания

(ГОСТ 20287-74) называется температура , при которой масло загустевает

настолько , что при наклоне пробирки с маслом на 450 его уровень в течение

1 мин. остается неподвижным. При температуре застывания работа

гидропривода невозможна. Минимальная рабочая температура принимается на 10-

150 выше температуры застывания.

Вязкость рабочей жидкости оказывает непосредственное влияние на

рабочие процессы и явления , происходящие как в отдельных элементах, так и

в целом гидроприводе. Действие вязкости неоднозначно и требуются

тщательные исследования для рекомендации оптимальной вязкости для

конкретного гидропривода. Изменение вязкости является критерием достижения

предельного состояния рабочей жидкости.

При чрезмерно высокой вязкости силы трения в жидкости настолько

значительны , что могут привести к нарушению сплошности потока. При этом

происходит незаполнение рабочих камер насоса , возникает кавитация,

снижается подача , ухудшаются показатели надежности.

Но помимо этого , высокая вязкость рабочей жидкости позволяет снизить

утечки через зазоры , и щелевые уплотнения . При этом объёмный КПД

увеличивается . Но высокая вязкость одновременно увеличивает и трение в

трущихся парах и снижает механический КПД. Одновременно снижается и

гидравлический КПД , так как возрастают гидравлические потери.

Рекомендуется выбирать рабочую жидкость таким образом , чтобы

кинематическая вязкость при длительной эксплуатации в гидроприводе с

шестеренными насосами находилась в пределах 18-1500 cCm , в гидроприводе с

пластинчатыми насосами 10 - 4000 cCm и в гид рабочей жидкости связаны с

прочностью мароприводе с аксиально-поршневыми насосами 6-2000 cCm.

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.

Улучшение противозадирных и противоизностных свойств рабочей жидкости

достигается введением их в состав присадок. Обычно вводят несколько

присадок или комплексные присадки , улучшающие сразу несколько показателей

рабочей жидкости

Стабильность свойств - это способность рабочей жидкости сохранять

работоспособность в течение заданного времени при изменении первоначальных

свойств в допустимых пределах.

Стабильность характеризуется антиокислительной способностью и

однородностью рабочей жидкости , которые находятся между собой в

зависимости. При длительной эксплуатации в результате реакции углеводородов

масла с кислородом воздуха в рабочей жидкости появляются смолистые

нерастворимые фракции , которые образуют осадки и плёнки на поверхностях

деталей , обуславливая старение рабочей жидкости. В результате может быть

нарушено нормальное функционирование таких прециционных элементов

гидропривода, как распределители , дроссели и т. п. .

На скорость окисления существенно влияют температура масла ,

интенсивность его перемешивания , количество находящихся в рабочей жидкости

воды и воздуха , а также металлических загрязнений. Значительное

каталитическое воздействие на процесс старения оказывает присутствие медных

деталей. Окисление рабочей жидкости характеризуется изменением кислотнго

числа РН , которое определяется количеством миллиграммов едкого калия

(КОН) , необходимого для нейтрализации свободных кислот в 1 г. жидкости.

Кислотное число РН и количество осадка используется для оценки старения

жидкости (ГОСТ 5985-79). Оно является одним из параметров, определяющих

работоспособность рабочей жидкости. Чтобы повысить антиокислительные

свойства рабочей жидкости , используются присадки.

2 Антикоррозийные свойства- характеризуют способность

рабочей 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.

Страницы: 1, 2