книги / Элементы гидравлических систем и объёмного гидропривода

В настоящее время единственной признанной в зарубежных странах системой классификации автомобильных моторных масел является спецификация SAE J300 DEC 99, которая содержит 11 классов: 6 зимних и 5 летних. (SAE – общество автомобильных инженеров США.) Вязкость масла по этой системе выражается в условных единицах – степенях вязкости SAE VG (SAE Viscosity Grade). Имеются два ряда степеней вязкости: зимний – с буквой W (SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W), и летний – без буквенного обозначения (SAE 20, 30, 40, 50, 60). Обозначение всесезонных масел представляет комбинацию из обозначения зимнего и летнего ряда, разделенных дефисом, например, SAE 15W-30.

Зимние масла характеризуют два максимальных значения низкотемпературной динамической вязкости (в отличие от кинематической вязкости по ГОСТ 17479.1–85) и нижний предел кинематической вязкости при 100 °C. Летние масла характеризуют пределы ки-

нематической вязкости при 100 °C, а также минимальное значение высокотемпературной динамической вязкости при 100 °C и градиен-

те скорости сдвига 106 с–1.

По спецификации ГОСТ 17479.1–85 и SAE J300 DEC 99, вяз-

кость масел определяется при условиях, близких к реальным. Летний сорт масла имеет достаточную вязкость, чтобы обеспечить надежное смазывание при высокой температуре, но при низкой температуре воздуха затрудняется пуск двигателя. Зимний сорт масла облегчает холодный пуск двигателя при низкой температуре, но не обеспечивает достаточного смазывания летом, когда температура масла в двигателе выше 100 °C. Поэтому наибольшее использование находят все-

сезонные сорта масел, имеющие малую зависимость вязкости от температуры.

Степень вязкости позволяет определить диапазон температуры окружающей среды, при котором масло обеспечит нормальную работу двигателя – его проворачивание стартером, прокачивание масла насосом по смазочной системе при холодном пуске и надежное смазывание летом при длительной работе в режиме максимальных ско-

51

ростей и нагрузок. Кроме того, важна вязкость при высоких температурах, которая определяет условия смазки в малых зазорах узлов трения двигателя: в подшипниках коленчатого и распределительного валов, кривошипно-шатунного механизма и др.

Необходимая вязкость масла принимается с учетом особенности конструкции, степени износа двигателя, температуры окружающей среды и режима работы двигателя.

При выборе вязкости моторного масла необходимо учитывать конструктивные особенности, интенсивность работы системы смазки

иее гидравлическое сопротивление, расход насоса, максимальную температуру масла в различных зонах двигателя в зависимости от температуры окружающей среды (особенности системы охлаждения)

идругие факторы.

Амортизаторные жидкости представляют собой маловязкую нефтяную основу, содержащую вязкостную, депрессорную, антиокислительную, противоизносную, диспергирующую и антипенную присадки.

Амортизаторные жидкости используют в качестве жидкой среды в телескопических и рычажно-кулачковых амортизаторах автомобилей, а также в телескопических стойках.

Основным показателем амортизаторных жидкостей является кинематическая вязкость при положительных и отрицательных температурах. Так, при температуре −20 °C вязкость не должна превы-

шать 8 Ст. При более высокой вязкости работа амортизаторов резко

ухудшается и происходит блокировка подвески.

Амортизаторные жидкости должны обладать хорошими смазывающими свойствами, обеспечивая достаточную износостойкость амортизаторов, не должны быть склонны к пенообразованию, так как это снижает энергоемкость амортизатора и нарушает условия смазывания пар трения.

Также важными характеристиками амортизаторных жидкостей являются стабильность против окисления, механическая стабильность, испаряемость и совместимость с резиновыми уплотнениями.

52

Амортизаторная жидкость АТМОЛ АЖ-12 (ТУ 0253-025- 39247202–2003) – смесь нефтяного масла глубокой селективной очистки из сернистого сырья и полиэтилсилоксановой жидкости с противоизносной и антиокислительной присадками. Применяют в качестве рабочей жидкости в амортизаторах грузовых автомобилей и специальной техники.

Амортизаторная жидкость МГП-12 (ТУ 0253-052-00148843–98) низкозастывающая – смесь минеральных масел с добавлением беззольной, моющей, противоизносной, загущающей и противопенной присадок. Применяется в качестве рабочей жидкости для заполнения телескопической стойки передней подвески и амортизаторов задней подвески автомобилей, гидроамортизаторов серийных моделей легковых автомобилей. Обеспечивает работу амортизаторов в широком диапазоне температур. Имеет хорошие противоизносные характеристики.

Рабочая жидкость ГРЖ-12 (ТУ 0253-048-05767-924–96) – смесь очищенных трансформаторного и веретенного дистиллятов с добавлением депрессорной, антиокислительной, противоизносной и антипенной присадок.

Жидкость применяют в амортизаторах и телескопических стойках автомобильной техники.

Синтетические жидкости обладают высокотемпературными и низкотемпературными свойствами в диапазоне температур от −60 до 200 °C, максимум 230 °C. Они имеют высокую химическую

стойкость, повышенную пожаро- и взрывобезопасность, у них отсутствует коррозионная активность. Эти жидкости хорошо смешиваются с минеральными маслами и по многим характеристикам максимально приближены к ним. Синтетические жидкости используются также в гидроприводах, от которых требуется стабильность характеристик.

Основным препятствием к широкому применению синтетических жидкостей является их высокая стоимость, ограниченность сырьевых ресурсов, нужных для их изготовления, необходимость замены в гидросистемах материалов уплотнений и некоторых метал-

53

лов, токсичность этих жидкостей и продуктов их окисления. Кроме того, многие синтетические жидкости, обладая рядом уникальных свойств, не соответствуют комплексу остальных требований.

Существует множество типов синтетических жидкостей, из которых в гидроприводах нашли применение следующие: диэфиры, силоксаны (силиконы) и полисилоксаны, фосфаты, ортосиликаты, водосодержащие жидкости; фтор- и хлорорганические (галогеноуглеводородные) рабочие жидкости.

Синтетические масла производятся путем химического синтеза. Они обычно имеют малую зависимость вязкости от температуры, слабую тенденцию к окислению, низкую точку замерзания, высокую температурную устойчивость и стойкость к химическим агентам.

Все типы органических жидкостей обладают по сравнению с минеральными маслами повышенными противопожарными свойствами. Водосодержащие жидкости не воспламеняются при распылении на пламя или на поверхность, нагретую до температуры 700 °C, остальные жидкости имеют повышенную огнестойкость

по сравнению с нефтяными маслами, но являются горючими и могут воспламеняться при попадании на огонь или раскаленные предметы.

Диэфиры – жидкости на основе сложных эфиров, являющихся продуктами реакции двухосновных кислот с первичными или многоатомными спиртами. Диэфиры представляют собой маслянистые жидкости с хорошей смазывающей способностью, удовлетворительной вязкостно-температурной характеристикой, малой испаряемостью, низкой температурой застывания и высокой температурой вспышки. Диэфиры недостаточно устойчивы к окислению, поэтому в них вводят антиокислительную и противоизносную присадки. В среде диэфиров плохо работают рукава и уплотнения из нитритных каучуков, электроизоляционные материалы, металлы, содержащие свинец, кадмиевые и цинковые покрытия. Диэфиры совместимы с силоксанами. В них вводят диэфиры для улучшения смазочных свойств. Диэфиры хорошо совместимы с присадками и с другими рабочими жидкостями.

54

они начинают разлагаться.

Диэфиры обеспечивают удовлетворительную работу пар трения в режиме гидродинамической смазки.

Смеси различных эфиров с низкомолекулярными полимерами с добавлением антикоррозионных и антиокислительных присадок составляют основу современных тормозных жидкостей.

Рабочее давление в гидроприводе тормозов достигает 10 МПа,

а температура тормозной жидкости в дисковых тормозах поднимается до 150...190 °C. В результате постоянных колебаний температуры

в тормозную систему через резиновые уплотнения проникает атмосферная влага. Температура кипения снижается.

Температура кипения тормозной жидкости – важнейший показатель, определяющий предельно допустимую рабочую температуру гидропривода тормозов. Поэтому тормозные жидкости должны обладать хорошими вязкостно-температурными характеристиками, антикоррозионными, смазывающими свойствами, достаточной совместимостью с резиновыми уплотнениями, стабильностью при высоких и низких температурах.

Требования к тормозным жидкостям отражены в SAE и документах Американского федерального общества по безопасности транспортных средств (FMVSS). В них предусмотрены три норма-

тивных класса: ДOT-3, ДOT-4 и ДOT-5.1.

Тормозная жидкость «Нева» (ТУ 6-01-1163–78) – композиция на основе этилкарбитола, содержит загущающую и антикоррозионные присадки, работоспособна при температуре окружающего воздуха −40...45 °C. Применяют в гидроприводе тормозов и сцеплений моде-

лей грузовых и легковых автомобилей, выпускавшихся до 1985 г. Тормозная жидкость «Томь» ДОТ-4 (ТУ 2451-076-05757618–

2000) – композиция на основе гликолей с антикоррозионными добавками, заменяет жидкость «Нева». Имеет лучшие эксплуатационные свойства и более высокую температуру кипения, чем «Нева», совместима с ней при смешивании в любых соотношениях.

55

Жидкость применяется в зимнее и летнее время во всех климатических зонах России при температуре окружающего воздуха от −50 до 50 °C. Ее высокая термостабильность, совместимость с рези-

новыми уплотнительными манжетами, смазывающие и антикоррозионные свойства обеспечивают надежную работу тормозной системы в жестких условиях торможения.

Тормозная жидкость «Томь» соответствует требованиям мировых стандартов FMVSS 116, SAE J 1703 и совместима с отечественными и импортными тормозными жидкостями, приготовленными на основе гликолей, в любом соотношении.

«Томь» ДОТ-4 предназначена для современных автомобилей, а также для автомобильной техники с рекомендуемыми тормозными жидкостями нормативных классов ДОТ-3 и ДОТ-4.

Тормозная жидкость «Роса» ДОТ-4 (ТУ 2451-004-10488057–94) –

высокотемпературная жидкость, композиции на основе борсодержащего полиэфира, содержит антиокислительные и антикоррозионные присадки.

Жидкость имеет высокую температуру кипения 260 °C и температуру кипения при обводнении жидкости 165 °C, работоспособна при температуре окружающего воздуха от −40 до 45 °C. Применя-

ется в тормозных системах современных грузовых и легковых автомобилей, в том числе переднеприводных автомобилей ВАЗ.

Совместима с тормозными жидкостями «Томь» и «Нева» в любых соотношениях.

Тормозная жидкость БСК (ТУ 6-101533–75) – смесь равных частей касторового масла и бутанола. За счет органического красителя окрашена в оранжево-красный цвет. БСК имеет низкую температуру кипения –115 °C и не поглощает воду. Работоспособна при темпера-

туре окружающего воздуха от −20 до 30 °C. На морозе вязкость

БСК возрастает. Применяют в гидроприводе тормозов и сцеплений старых моделей грузовых и легковых автомобилей, за исключением автомобилей ВАЗ.

56

Синтетические биоразлагаемые гидравлические жидкости высшего качества на основе сложного синтетического эфира серии Teboil Hydraulic Eco обладают повышенными эксплуатационными свойствами в сравнении с биологически разлагаемыми маслами на основе растительных масел. Гидравлические масла Teboil Hydraulic Eco имеют высокий индекс вязкости, стабильны в условиях предельных нагрузок и температур, не образуют шламов и других отложений, препятствуют накоплению кислотных продуктов, способны быстро выделять воздух, что снижает риск возникновения кавитации и продлевает ресурс насосов. Они совместимы с минеральными маслами на нефтяной основе и с большинством уплотнительных материалов, которые используют в гидросистемах, рассчитанных на применение минеральных масел.

Диапазон рабочих температур гидравлических масел Teboil Hydraulic Eco −35...115 °C.

Силоксаны и полисилоксаны – жидкости на основе кремнийорганических полимеров. Они имеют наиболее пологую из всех рабочих жидкостей вязкостно-температурную характеристику и низкую температуру застывания. Температура застывания чистых силоксанов изменяется от −80 до −90 °C, но в смеси с другими компо-

нентами в рабочих жидкостях она повышается и не бывает ниже

−70 °C.

Вязкость полисилоксанов увеличивается с увеличением молекулярной массы полимера, что позволило создать широкий ряд базовых силоксановых жидкостей с последовательно увеличивающейся вязкостью от 10 до 30 сСт при 25 °C. Силоксаны характеризуются

большой сжимаемостью и стойкостью к окислению, но имеют низкую растворимость присадков и высокую растворимость газов. Они обладают наименьшим поверхностным натяжением из всех известных рабочих жидкостей, что позволяет применять их в качестве противопенных присадок к маслам. Силоксаны выдерживают температуру до 190 °C, однако уже при 200 °C начинают разлагаться с обра-

зованием окиси кремния (кремнезема), обладающей абразивными

57

свойствами, поэтому рабочая температура не превышает 175 °C.

Смазывающие свойства силоксанов неудовлетворительные (особенно стали о сталь), поэтому их применяют для рабочих жидкостей гидроприводов только в смеси с диэфирами или минеральными маслами. Силоксаны растворяют пластификаторы синтетических каучуков.

Синтетическую рабочую жидкость 7-50С-3 (ГОСТ 20734–75) изготавливают из смеси полисилоксановой жидкости и органического эфира с добавлением противоизносной присадки и ингибиторов окисления. Применяют в диапазоне температур от −60 до 175 °C

длительно, с перегревами до 200 °C при рабочих давлениях до 21 МПа. Высокая температура и контакт с металлами способствуют

интенсификации процессов окисления, что приводит к увеличению вязкости и кислотного числа. Синтетическая жидкость 7-50С-3 предназначена для гидравлических агрегатов и гидравлических систем сверхзвуковых летательных аппаратов.

Полусинтетические гидравлические жидкости 132-10 и 132-10Д (ГОСТ 18613–88) представляют собой смесь полиэтилсилоксановой жидкости и нефтяного маловязкого низкозастывающего масла МВП (ГОСТ 1805–76), выпускаются под индексом ВПС. Масло 132-10 предназначено для работы в гидравлических системах в интервале температур от −70 до 100 °C, масло 132-10Д – для работы в элек-

трически изолированных системах в том же интервале температур. Жидкость СМ-028 (ТУ 38.1011056–86) используют в микро-

криогенных системах и установках. Представляет собой высококипяшую жидкость полигликолевого типа с антиокислительной присадкой. Температура воспламенения по нижнему пределу −290 °C,

по верхнему пределу −310 °C. Температурный интервал использова-

ния жидкости СМ-028 −40...150 °C.

Рабочая жидкость ВРЖ-1-1 (ТУ 38.101923–82) – синтетическая высококипящая жидкость на основе полиорганосилоксанов с антиокислительной присадкой. Предназначена для работы в изделиях

58

микрокриогенной техники в диапазоне температур −40...180 °C. От-

личается пологой вязкостно-температурной характеристикой, низкой испаряемостью и хорошими антикоррозионными свойствами.

Фосфаты – жидкости на основе сложных эфиров фосфорной кислоты, отличающиеся повышенной огнестойкостью и хорошей смазывающей способностью. Наиболее термостабильны триарилфосфаты, однако они плохо работают при низких температурах. По вязко- стно-температурным свойствам фосфаты уступают минеральным маслам, при низких температурах их вязкость возрастает. Фосфаты склонны к гидролизу, поэтому их не следует применять в гидросистемах с возможным обводнением. Многие фосфаты токсичны. Применяют фосфаты в гидроприводах тепловых электростанций (в том числе и атомных) и металлургического оборудования, а также на летательных аппаратах.

Пример рабочей жидкости на основе фосфатов – синтетическая взрывопожаробезопасная жидкость НГЖ-4у (ТУ 38.101740–80). Жидкость НГЖ-4у содержит присадки, улучшающие ее вязкостные, антиэрозионные, антиокислительные свойства. Работоспособна в интервале температур −55...125 °C при рабочих давлениях до 21 МПа.

Имеет температуру самовоспламенения 650...670 °C, медленно горит

впламени, но не поддерживает горение и не распространяет пламя

вотличие от жидкостей на нефтяной основе, например АМГ-10. Является хорошим пластификатором и растворителем для многих неметаллических материалов, поэтому при использовании последних в контакте с жидкостью НГЖ-4у следует тщательно проверять их совместимость или пользоваться только теми материалами, которые специально подобраны и рекомендованы для жидкостей этого типа.

Рабочая жидкость НГЖ-5у (ТУ 38.401-58-57–93) на основе смеси эфиров фосфорной кислоты, содержащая пакет присадок, улучшающих вязкостные, антигидролизные, антиокислительные, антикоррозионные и антиэрозионные свойства. Температурный интервал использования жидкости НГЖ-5у составляет −60...150 °C при номи-

59

нальных давлениях до 21 МПа. Жидкость имеет температуру самовоспламенения 595...630 °C, медленно горит в пламени, не поддер-

живает горения и не распространяет пламя. Она гигроскопична, что требует постоянного контроля содержания воды и кислотного числа.

Жидкость НГЖ-5у предназначена для использования в гидросистемах современных самолетов ТУ-204, ТУ-334, ИЛ-86, ИЛ-96

идр. Она полностью совместима с жидкостью НГЖ-4у.

ВСША широко распространены рабочие жидкости на основе фосфатов марок Skydrol 500B-4, Skydrol LD-4 и HyJet IV, HyJet V [12].

Ортосиликаты – сложные эфиры ортокремневой кислоты. Они обладают хорошими вязкостно-температурными свойствами, терми-

ческой стабильностью до 240...260 °C и малой испаряемостью.

К существенным недостаткам этого класса синтетических жидкостей следует отнести низкие смазывающие свойства, повышенную растворяющую способность и малую гидролитическую стабильность. Резкое повышение температуры приводит к их быстрому старению.

Водосодержащие (водно-гликолевые и водно-глицериновые) жидкости представляют собой класс огнестойких рабочих жидкостей, пожаробезопасность которых обеспечивается присутствием в них воды. Основными компонентами водно-гликолевых жидкостей являются гликоль (обычно этиленгликоль ГОСТ 19710–78) – 50...60 % и вода – 35...45 %.

Этиленгликоль является основой для производства гидравлических жидкостей, используемых в гидроприводах металлургического, металлорежущего, подъемно-транспортного оборудования, экскаваторах, сельхозмашинах, автомобилях и в авиации.

Водный раствор этиленгликоля при одной и той же концентрации имеет самую низкую температуру замерзания по сравнению с водными растворами на основе других гликолей и самую низкую вязкость, что является существенным при перемещении теплоносителей по трубам с помощью насосов.

В состав водосодержащих рабочих жидкостей также входят водорастворимый загуститель и другие присадки.

60