Что такое гидравлические масла и где они применяются

Гидравлика описывает передачу энергии через жидкости для управления, осуществления привода и создания движения. Гидравлические механизмы используются во всех областях промышленности, а гидравлическое масло является второй товарной категорией смазочных материалов по объёму продаж в мире после моторных масел.

Гидравлические масла применяются: в мобильной технике в качестве приводов элементов конструкции или навесного оборудования и для передачи крутящего момента; в статичном промышленном оборудовании для гидроприводов, гидропередач и в циркуляционных масляных системах.
К основными задачам гидравлических масел можно отнести: передача давления, смазывание элементов системы, отвод тепла.
Главные требования к маслу: оптимальные вязкостные характеристики, устойчивость к окислению и термическому воздействию, противоизносные свойства.

Технологии и элементы гидравлики

Жидкость является важнейшей составной частью любой гидравлической системы, своего рода элементом конструкции, поэтому в зависимости от технологии выделяются две категории гидравлических жидкостей.

Гидростатические системы используют статичное давление, т.е. высокое давление при малой скорости течения. Здесь используются гидравлические масла. Принцип действия системы основан на законе Паскаля: «Давление, приложенное в любом месте к объёму жидкости создаёт силу, передающуюся равномерно во всех направлениях. Эта сила действует под прямым углом к любой поверхности внутри жидкости или в контакте с ней».

Гидродинамические системы используют кинетическую энергию текущей жидкости, т.е. низкое давление, но высокая скорость течения. Здесь используются энергопередающие жидкости, так называемые ATF – жидкости для автоматических трансмиссий, а также жидкости для конвертеров и муфт сцепления.

Любая гидравлическая система состоит из важнейших компонентов:

• насос и мотор, для привода в движение жидкости;
• гидроцилиндры для трансформации давления жидкости в линейное движение;
• клапаны для регулировки пуска, остановки потока жидкости;
• компоненты контура: ёмкости для жидкости, трубы, фильтры;
• уплотнения, прокладки.

Состав гидравлических жидкостей

Жидкость состоит из базового масла и присадок, которые регулируют качество и характеристики которых недостаточно в базовом масле для достижения необходимых эксплуатационных параметров.

Базовые масла подразделяются на минеральные (первой и второй групп), гидрокрекинговые (третья группа), ПАО, эфирные масла (РОЕ) и полигликоли (PAG).

С помощью присадок улучшаются такие характеристики, как: стойкость к старению, повышается стойкость к коррозии, снижается износ и задиры, улучшается стабильность вязкости при изменении температуры, снижается вспенивание, улучшаются моющие свойства, снижается коэффициент трения.

Характеристики гидравлических жидкостей

Гидравлическая жидкость одновременно выступает в роли рабочего тела и смазочного материала, однако, являясь важным компонентом системы она должна выполнять и другие функции:

• передавать энергию давления и кинетическую энергию;
• выступая в качестве смазочного масла передавать силы и крутящие моменты;
• снижать износ поверхностей скольжения в условиях граничного трения;
• минимизировать трение;
• защищать от коррозии;
• рассеивать тепло;
• сохранять стабильную вязкость в заданном диапазоне температур.

Для обеспечения указанных функций, жидкости должны удовлетворять следующим требованиям: иметь подходящие вязкостные характеристики; быть устойчивыми к окислению и термическому воздействию; обладать противоизносными свойствами; иметь низкую склонность к пенообразованию и хорошие воздухоотделительные свойства; иметь гидролитическую стабильность и хорошо отделять воду; быть совместимыми с материалом уплотнений; хорошо фильтроваться; соответствовать требованиям производителя оборудования или превышать их; защищать от ржавчины и коррозии; иметь хорошую стойкость к сдвигу и хорошие низкотемпературные свойства.

Критерии выбора

Выбор гидравлической жидкости зависит от условий применения: диапазона рабочих температур, конструкции гидравлической системы, типа насоса, рабочего давления и экологических нормативов. Вязкость жидкости должна быть минимально возможной из рекомендованных классов вязкости для быстрого срабатывания системы при её активации, а также стабильна при изменении температуры и давления.

Тип насоса влияет на максимально допустимую вязкость в мм²/с при холодном запуске и минимальную вязкость в условиях нагрузки при максимальной температуре в 90⁰С. Так, для ротационного крыльчатого насоса используется жидкость минимальной вязкости при холодном запуске, шестерёнчатый насос разрешает использование средней вязкости, а в поршневом используется жидкость максимальной вязкости холодного запуска.

Рабочая температура гидравлического масла обычно не превышает 60°С. Исключение составляет огнестойкая гидравлика (это особенная категория гидравлических масел). Индекс вязкости определяется по стандарту ASTM D2270 зависимостью кинематических вязкостей при 40 и при 100 С. Определяется по формуле.

Классификация и стандартизация гидравлических жидкостей

Современное производство требует соблюдения постоянства производственных условий, безотказной работы оборудования. Часто требуется, чтобы промышленное оборудование работало в диапазоне температур от -50 до +150 град.С при этом оно должно работает без сбоев и аварийных остановок с минимальным простоем на техническое обслуживание и ремонт. Для обеспечения бесперебойности производства смазочный материал должен быть правильно подобран, залит в требуемом количестве, протечки и качество материала должны постоянно контролироваться, а замена отработавшего материала должна производиться регулярно.

Классы вязкости ISO

Важнейшим фактором качества гидравлического масла является его вязкость. Стандартизацией качества занимается международный институт ISO, который определяет предельные значения кинематической вязкости для каждой марки вязкости. Колебания вязкости не должны отклоняться от среднего значения более, чем на 10%.

Класс вязкости по ISO (DIN 51 519) гидравлического масла определяется на основании кинематической вязкости, которую описывают как отношение динамической вязкости к плотности при эталонной температуре 40⁰С. Единицей измерения является сантистокс или мм²/с. Классификация описывает 18 сортов (классов) вязкости от 2 до 1500 мм²/с. Каждый из классов отличается от предыдущего значения вязкости на 50%. Т.е. 2 = 1,98 сСт, 3 = 2,88 сСт, 5 = 4,6 сСт ... 32=28,8 сСт... 1500 = 1350 сСт.

Стандарт DIN

В обозначении масла используется аббревиатура букв и цифр, где цифры обозначают класс вязкости, а буквы обозначают сорт (тип) масла по стандарту DIN 51 502, наиболее популярные обозначения типов жидкостей перечислены ниже.

Н – жидкости на основе базовых масел без присадок для систем без специальных требований.

HL – на основе очищенных минеральных базовых масел с присадками для улучшения окислительной стабильности и защиты от коррозии. Для гидростатических приводных систем с высокой термической нагрузкой нуждающиеся в хорошем водоотделении, от -10 до 90⁰С.

HLP – содержат дополнительные агенты для снижения износа и улучшения противозадирных свойств. Наиболее универсальные масла для широкого применения в общих гидравлических системах включая высоконагруженные компоненты, нуждающиеся в хорошем водоотведении, от -20 до 90⁰С.

HVLP – масла с дополнительными присадками для улучшения вязкостно-температурных характеристик для применения в гидростатических силовых установках, от -35 до 120⁰С. Имеют более высокий индекс вязкости, что делает их выбор более предпочтительным в условиях переменных рабочих температур, типичных для мобильной техники.

Классификация AGMA

Американская ассоциация производителей смазочных материалов создала свою классификацию для вязкости редукторных масел применяемых в редукторах и зубчатых передачах. Данный стандарт имеет применение в конструкциях, где гидравлическая система взаимосвязана с редуктором. Номер смазочного материала определяется от 1 до 13, указывается на металлической табличке прикрепляемой к оборудованию. Диапазон вязкости также измеряется с сантистоксах и имеет эквивалент с некоторыми стандартами по ISO. Стандарт предъявляет требования к материалам по стойкости к коррозии и окислению, высокие смазывающие свойства.

В то же время, вязкость автомобильных трансмиссионных масел и АКПП определяется классификациями SAE и API. Автомобильные трансмиссионных масла также могут использоваться в промышленных редукторах, а вот масла по спецификациям AGMA не могут применяться в автомобильных трансмиссиях.

Влияние физических свойств масел на их эксплуатационные характеристики

Вязкость - температура

Вязкостно-температурная зависимость имеет большое значение для гидравлических масел. Вязкость резко увеличивается с понижением температуры и понижается по мере повышения температуры. Минимально допустимая вязкость при высоких температурах определяется началом фазы граничного трения.

Индекс вязкости является критерием вязкостно-температурной зависимости, чем он выше, тем меньше зависимость вязкости от изменения температуры.

Гидравлические масла на основе минеральных масел имеют природный ИВ 95-100, синтетические на базе сложных эфиров достигают предельных значений в 140-180, а полигликоли до 180-200. Индекс вязкости может быть также повышен с помощью присадок.

Гидравлические масла с высоким индексом вязкости обеспечивают лёгкий запуск, снижают потери в эксплуатационных характеристиках при низких окружающих температурах и улучшают уплотнения и защиту от износа при высоких рабочих температурах.

Вязкость - давление

За несущую способность смазочной плёнки отвечает зависимость вязкости продукта от давления. Динамическая вязкость жидких сред повышается с повышением давления. Зависимость вязкости от давления, а именно увеличение вязкости по мере повышения давления оказывает положительное влияние на удельную нагрузку, например, на подшипники, потому что вязкость смазочной плёнки увеличивается под действием высокого парциального давления с 0 до 2000 атм. Вязкость минерального масла увеличивается в 30 раз.

Сжимаемость гидравлических жидкостей на базе минеральных масел зависит от температуры и давления. При стандартных температурах и давления жидкость можно считать несжимаемой.

Растворимость газов, кавитация

Жидкость может абсорбировать газ до состояния насыщения, растворённый газ может выделяться из жидкости в пузырьках при низком статическом давлении пока не достигнута новая точка насыщения. Скорость, с которой газ покидает жидкость обычно превышает скорость абсорбции. Газ (воздух) выходящий из жидкости в виде пузырьков изменяет несжимаемость жидкости, что может негативно влиять на эксплуатационные характеристики жидкости. Также пузырьки воздуха могут внезапно сильно разогреться до высокой температуры (адиабатическая компрессия). В экстремальных условиях может быть достигнута температура возгорания жидкости, пузырьки газа могут взрываться в насосах, вызывая кавитацию и эрозию, вызывать вспенивание и приводить к снижению кпд системы.

Деаэрация

При возвращении гидравлических жидкостей обратно в бак поток жидкости может увлечь за собой воздух при утечках в трубопроводе, при сужении или частичном вакууме. Захваченный таким образом воздух должен иметь возможность выходить на поверхность жидкости и удаляться из системы, иначе, при возврате в систему он может её повредить. Способность масла к деаэрации испытывается по стандарту DIN 51 381.

Пенообразование

Поверхностное вспенивание происходит, когда скорость деаэрации выше скорос ти с которой пузырьки воздуха лопаются на поверхности жидкости, т.е. когда образовавшихся пузырьков больше, чем разрушившихся. Пена снижает эффективность системы, поэтому используются антипенные присадки, которые снижают поверхностное напряжение пены. Однако они негативно влияют на деаэрационные свойства жидкости, что может вызвать проблемы сжимаемости и кавитацию, поэтому используются в очень малых количествах.

Деэмульгирование

Это способность гидравлической жидкости отталкивать проникшую воду. Вода вызывает кавитацию в насосах, коррозию ускорить разрушение эластомеров и пластиков. Свободную воду надо как можно быстрее удалять из системы. Гидравлическая жидкость должна быстро и полностью отталкивать проникшую в неё воду. Деэмульгирование для жидкостей, содержащих моюще-диспергирующие присадки определяют по DIN 51 599.

Температура застывания

это самая низкая температура, при которой жидкость всё ещё сохраняет свою текучесть.

Медная коррозия

испытывается по DIN 51 759. Медь и её сплавы очень часто используются в гидравлических системах, отказ одного из элементов может привести к отказу всей системы. Поэтому испытание медной на коррозию медной пластинки является важным показателем устойчивости все системы.

Среди прочих факторов, влияющих на эксплуатационные характеристик гидравлических масле оценивают такие, как: содержание воды, стойкость к старению, кислотное число, противоизносные свойства, стойкость к сдвигу смазочных масел, содержащих полимеры и пр.

Заключение

Гидравлические жидкости являются важнейшим конструктивным элементом гидравлических систем, имеющих значительные конструктивные вариации в зависимости от места применения. Гидросистемы работают во всех отраслях промышленности и даже в личном автомобиле. Приводы тормозов и сцепления, гидроусилитель руля, амортизаторы, автоматическая коробка переключения передач – вот типичные представители гидросистем, выполняющих важную миссию по управлению автомобилем. Каждый вариант применения гидравлической системы имеет свои особенности и требует своего типа жидкости с набором свойствам, которые регулируются стандартами ISO, DIN. При выборе гидравлического масла в первую очередь необходимо свериться с инструкцией по эксплуатации агрегата и рекомендациями производителя техники. Следующий шаг – выбор продукта на сайте Ойл-Форби по характеристикам, указанным в карточке товара.

Перейти в раздел гидравлические масла здесь.

Остались вопросы – пишите нам на cstore.ru@cstore.ru

Правильного выбора и профессионального применения!