X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

От правильного выбора и обслуживания рабочей жидкости гидросистемы в значительной степени зависит ресурс данной системы. Для достижения необходимых результатов рабочая жидкость, как и конструктивные составные части гидросистемы, должна выбираться с учетом свойств и характеристик гидросистемы [1].

Для предотвращения повреждения гидросистем из-за перегрева или загрязнения рабочей жидкости, следует использовать фильтры и охладители рабочей жидкости.

Рисунок 1. Рабочие жидкости для гидросистем

Назначение рабочих жидкостей. Жидкости практически несжимаемы. Поэтому с помощью жидкости можно мгновенно передавать мощность в гидросистеме. Например, коэффициент сжатия минерального масла равен приблизительно 1 % на каждые 13800 кПа. И именно поэтому при воздействии высокого давления минеральное масло сохраняет постоянный объем. Кроме того, минеральное масло является основой, используемой при разработке большей части рабочих жидкостей.

Ниже перечислены основные функции рабочих жидкостей:

Передача мощности

Смазка

Уплотнение

Охлаждение

Передача мощности. Поскольку рабочие жидкости практически несжимаемы, гидросистема, заправленная рабочей жидкостью, способна мгновенно передавать мощность от одного места к другому. Конечно, эффективность передачи мощности разных рабочих жидкостей неодинакова, они отличаются различными свойствами. Выбор необходимой рабочей жидкости зависит от характера и условий эксплуатации.

Смазка. Движущиеся части гидросистемы должны смазываться рабочей жидкостью. Вращающиеся или сдвигающиеся составные части не должны касаться сопрягаемых поверхностей. Тонкая пленка рабочей жидкости должна удерживаться между этими поверхностями, предотвращая, таким образом, трение, выделение тепла и износ.

Уплотнение. Многие составные части гидросистемы спроектированы с учетом использования рабочей жидкости в качестве уплотнения, вместо использования в них механических уплотнений. Вязкость рабочей жидкости позволяет определить возможность ее применения в качестве уплотнения.

Охлаждение.При преобразовании механической энергии в гидравлическую энергию и наоборот в гидросистеме происходит выделение тепла. При прохождении жидкостью системы она охлаждает нагретые составные части. Жидкость переносит тепло в бак или в охладители, предназначенные для поддержания температуры рабочей жидкости в заданных пределах. Кроме того, рабочие жидкости должны обладать такими свойствами, как защита металлических деталей от ржавления и коррозии, устойчивость к пенообразованию и окислению, способность выделять воздух, воду и другие загрязнения из жидкости, термостойкость в широком диапазоне температур.

Вязкость.Вязкость представляет собой меру сопротивления жидкости растеканию при определенной температуре. Легко текучая жидкость имеет малую вязкость. Трудно растекающаяся жидкость обладает большой вязкостью. Вязкость жидкостей зависит от температуры. При нагревании вязкость жидкости уменьшается. При охлаждении, наоборот, вязкость жидкости увеличивается. Изменение вязкости с изменением температуры можно легко наблюдать на примере растительного масла. Если растительное масло очень холодное, оно густое и растекается очень медленно. По мере нагревания растительного масла оно становится все более жидким и растекается все легче.

Вискозиметр Сейболта. Для измерения вязкости чаще всего используется вискозиметр Сейболта, представленный на рис. 2.

Вискозиметр Сейболта назван в честь его изобретателя, Джорджа Сейболта. Единицей измерения, используемой в вискозиметре Сейболта, является универсальная секунда Сейболта (SUS), или просто секунда. В вискозиметре, применявшемся Сейболтом, жидкость нагревалась в сосуде до определенной температуры. После достижения этой температуры открывался запорный кран (измерительного дросселя) и жидкость вытекала из сосуда в колбу вместимостью 60 мл. Для измерения времени заполнения колбы использовался секундомер. Вязкость измерялась в секундах, в течение которых колба заполнялась при данной температуре. Если жидкость, нагретая до температуры 24 °С, заполняла колбу за 115 с, вязкость принималась равной 115 SUS при температуре 24 °С. Если та же жидкость, нагретая до 38°С , заполняла колбу за 90 с, ее вязкость принималась равной 90 SUS при 38 °С [2].

Рисунок 2. Вискозиметр Сейболта

Индекс вязкости. Индекс вязкости (ИВ) представляет собой меру изменения густоты жидкости в зависимости от температуры. Если густота жидкости сохраняется при изменении температуры, жидкость имеет большой индекс вязкости. Если жидкость густеет при низкой температуре и становится очень жидкой при высоких температурах, такая жидкость имеет малый индекс вязкости. В большинстве гидросистем используются рабочие жидкости с большим индексом вязкости.

Минеральное масло. Все минеральные масла разжижаются с увеличением температуры и густеют при уменьшении температуры. При значительном уменьшении вязкости может увеличиться утечка рабочей жидкости через уплотнения и соединения. При излишней вязкости может произойти замедление работы и резкое повышение энергии, затрачиваемой на пропускание масла через систему. Вязкость минерального масла выражается в единицах, принятых Обществом инженеров самоходной техники (SAE): 5W, 10W, 20W, 30W, 40W и т.д. Чем меньше число единиц, тем больше текучесть масла при низкой температуре. Чем больше число единиц, тем больше вязкость масла, и тем более оно пригодно для работы при высоких температурах.

Синтетические масла. Синтетические масла получают в результате химической переработки материалов определенного состава для получения составов с запланированными и предсказуемыми свойствами. Синтетические масла специального состава предназначены для эксплуатации в условиях чрезвычайно высоких и низких температур.

Огнестойкие рабочие жидкости. Имеются три основных типа огнестойких рабочих жидкостей: водогликолевые, водомасляные эмульсии, синтетические водогликолевые. Водогликолевые рабочие жидкости содержат от 35 до 50 % воды, (вода препятствует горению), гликоль (синтетическое химическое соединение, подобное некоторым антифризам) и загуститель воды. Для улучшения смазывающих свойств добавляются присадки. Присадки вводятся также для предотвращения ржавления и коррозии деталей и пенообразования самой жидкости. Водогликолевые рабочие жидкости тяжелее масла и могут вызвать кавитацию насоса при повышенных частотах вращения. Эти жидкости могут оказывать химическое воздействие на некоторые металлы и материалы уплотнений, и не могут использоваться с некоторыми лакокрасочными покрытиями. Водомасляные эмульсии наиболее дешевые из всех огнестойких рабочих жидкостей. В них используется примерно такая же концентрация воды (40%), как и в водогликолевых рабочих жидкостях, для предотвращения возгорания. Водомасляные эмульсии могут использоваться в типичных гидросистемах. Для предотвращения коррозии и пенообразования в них могут вводиться присадки. Существуют определенные условия, требующие применения синтетических рабочих жидкостей, отвечающих специальным требованиям. Огнестойкие синтетические рабочие жидкости более стойки к воспламенению, чем масло, и лучше подходят для применения в условиях высоких давлений и температур.

Если огнестойкие рабочие жидкости вступают в реакцию с полиуретановыми уплотнениями, может потребоваться применение специальных уплотнений, стойких к таким жидкостям.

Ресурс масла. Масло для гидросистем само по себе не изнашивается. За счет применения фильтров, удаляющих твердые частицы, и добавления некоторых присадок рабочий ресурс масла продлевается. Однако со временем оно загрязняется настолько, что становится необходимой его замена. В строительных машинах масло заменяют регулярно, через определенные интервалы времени.

Загрязнения, имеющиеся в масле, могут использоваться в качестве индикаторов, указывающих на сильный износ и возможное появление неисправности. Программа, в которой загрязнения используются как источник сведений, называется Программой планового отбора проб масел (S·O·S) в компании Caterpillar [2].

Рисунок 3. Конструкции масляных фильтров

Классификация масляных фильтров для контроля загрязнений.

Существует три типа фильтров, применяемых в гидросистемах техники Caterpillar. Они перечислены ниже:

1. Патронный фильтр (на рисунке 3 слева) - фильтрующий элемент вставляется в отверстие бака или корпуса, закрываемое уплотняющей крышкой.

2. Корпусной фильтр (на рисунке 3 в центре) - фильтрующий элемент встроен в собственный корпус, который ввинчивается в стационарное основание фильтра. В корпусном фильтре может использоваться фильтрующий материал, применяемый в патронном фильтре.

3. Сетчатый фильтр (на рисунке 3 справа) – представляет собой металлическое сито, вставляемое в бак или корпус, как и патронный фильтр, но с фильтрующими отверстиями гораздо большего размера. Предназначен для улавливания инородных частиц большого размера, которые могли бы проникнуть в систему.

Рисунок 4. Поток масла через фильтр

Назначение фильтра.

Фильтры очищают масло гидросистемы, отделяя загрязнения, которые могли бы повредить детали составных частей. При прохождении масла через фильтрующий элемент загрязнения оседают на фильтре. Через систему продолжает циркулировать очищенное масло.

Некоторые изготовители фильтрующих элементов приводят номинальные характеристики фильтров в микронах, а также коэффициент удержания частиц, рассчитанный по результатам испытаний. Чем меньше размерность фильтра, выраженная в микронах, тем меньше размер частиц, которые могут удерживаться фильтром. Чем больше коэффициент удержания частиц данной размерности, тем больше частиц будет удержано при первом прохождении масла через фильтр. Номинальный коэффициент удержания определяется по результатам контрольных испытаний с частицами определенного размера.

Некоторые изготовители не придают значения этим номинальным характеристикам, поскольку они устанавливаются по результатам измерений постоянного потока, в условиях отсутствия всплесков давления, и не дают представления о качестве или рабочем ресурсе фильтрующих элементов.

Рисунок 5. Перепускной клапан фильтра

Шунтирование фильтра.

Большинство патронных и корпусных фильтров оснащены перепускным клапаном для исключения возможности перекрытия потока в системе. Помимо этого, перепускные клапаны, защищают фильтр от разрыва или сплющивания.

Закупоривание, которое может стать причиной неисправности фильтра, происходит по следующим причинам:

1. Оседание загрязнений, закупоривающих фильтр.

2. Холодное масло, загустевшее настолько, что не проходит через фильтр.

При открытии перепускного клапана в гидросистеме начинает циркулировать нефильтрованное масло. Нефильтрованное масло содержит загрязнения, которые могут вызвать повреждение составных частей гидросистемы. При закупорке фильтра его необходимо заменить для того, чтобы закрылся перепускной клапан. Перепускной клапан, открывшийся из-за холодного масла, обычно закрывается по мере прогрева масла. После чего масло вновь направляется в фильтр для удаления загрязнений. Смену

фильтров следует производить в соответствии с рекомендациями изготовителя для того чтобы не допустить засорения фильтра и перепуска холодного масла.

Рисунок 6. Маслоохладители

Поддержание температуры масла гидросистемы.

Поскольку составные части гидросистемы работают с выделением тепла, масло нагревается. Во многих гидросистемах, работающих при низких давлениях, для поддержания необходимой температуры масла тепло сбрасывается через трубопроводы, гидроцилиндры, баки и поверхности других составных частей. Для поддержания температуры масла в заданных пределах в большей части гидросистем высокого давления наряду с другими составными частями используется маслоохладитель.

В технике Caterpillar используется два типа маслоохладителей гидросистем [2]:

1. Воздушно_масляный (показан слева), в котором масло протекает через оребренные трубки. Для охлаждения масла оребренные трубки обдуваются потоком воздуха, набегающего на машину, или исходящим от вентилятора.

2. Водомасляный (показан справа), в котором масло протекает через набор трубок. Охлаждающая жидкость двигателя обтекает данные трубки и охлаждает их. Температура масла в гидросистеме должна обычно поддерживаться ниже 100 °C, чтобы предотвратить повреждение составных частей. При более высоких температурах происходит быстрое старение уплотнений. Кроме того, масло может стать настолько жидким, что возникнет непосредственный контакт между металлическими поверхностями движущихся частей системы.

Использованная литература:

1. В.Г.Гейер,В.С.Дулин,А.Н.Заря. Гидравлика и гидропривод. М.:Недра,1991. 331 с.

2. Основные принципы работы гидравлической системы самоходных горных машин компании Caterpillar. Электронный сборник. 124 стр. 2012.

Код для цитирования: Скопировать