Общефизические свойства рабочих жидкостей

e – основание натурального логарифма.

Вязкое трение в жидкостях отличается от трения твёрдых тел, т.к. зависит от площади трения и скорости движения жидкости.

Единицей кинематической вязкости является 1 м²/c. Эта величина велика и неудобна для практических расчётов. Поэтому используют величину в 10⁴ меньше -1стокс (1Ст) = 1 см²/c или 1/100 часть Ст–1 сантистокс(1сСт) = 1мм²/с. В нормативно-технических документах обычно указывают кинематическую вязкость при 40 °С (точнее при 37.8 °С – указанная температура соответствует 100° по Фаренгейту).

Вязкость большинства рабочих жидкостей в зависимости от давления растет по экспоненте. При росте давления до 10,0 МПа вязкость увеличивается на (13…15)%, поэтому этим ростом вязкости во многих случаях можно пренебречь (только при давлениях порядка нескольких десятков МПа нужно учитывать изменение вязкости).

Замечание: если масло подвергается дросселированию с большим перепадом давления, то со временем вязкость его может уменьшиться до 50% от первоначальной.

Вязкостно-температурные свойства рабочих жидкостей (зависимость вязкости от температуры), оцениваются с помощью индекса вязкости (ИВ).

ИВ, наряду с кинематичксой вязкостью, является паспортной характеристикой современных рабочих жидкостей. Жидкости с высоким индексом вязкости меньше изменяют свою вязкость при изменении температуры. При небольшом индексе вязкости зависимость вязкости от температуры значительна. Наиболее употребляемые жидкости имеют значения ИВ от 70 до 120.

При низких температурах жидкости застывают. При температуре застывания работа гидропривода невозможна. Вязкость рабочей жидкости оказывает существенное влияние на процессы и явления, происходящие при работе гидропривода, как в отдельных элементах, так и в целом гидроприводе.

При чрезмерно высокой вязкости силы трения в жидкости могут быть настолько значительны, что приведут к нарушению сплошности потока. Это может проявиться следующими нарушениями в работе гидропривода:

· незаполнением рабочих камер насоса;

· шум при работе гидропривода;

· возникновением кавитации;

· снижением подачи и равномерности движения поршня;

· уменьшением усилия на поршне;

· ухудшением показателей надежности работы привода.

С другой стороны, высокая вязкость рабочей жидкости позволяет снизить утечки через зазоры, и щелевые уплотнения. Объёмный КПД увеличивается, а механический КПД снижается из-за существенного увеличения сил трения в трущихся парах. Снижается, также, и гидравлический КПД, так как растут гидравлические потери. Из сказанного следует, что выбор вязкости весьма важен для качественной работы гидропривода.

Растворимость газов в жидкости и пенообразование. Растворимость газов – есть способность жидкости поглощать газы, находящиеся в соприкосновении с ней.

Для минеральных масел растворимость увеличивается с увеличением давления по линейному закону. Кислород отличается более высокой растворимостью, чем воздух, поэтому содержание кислорода в воздухе, находящемся в жидкости, на 50 %больше, чем в атмосферном воздухе. Процесс выделения газа из жидкости при соответствующих условиях протекает интенсивнее, чем растворение.

С ростом температуры растворимость воздуха в жидкости

увеличивается (а растворимость в воде уменьшается), но незначительно.

Обычно в минеральном масле работающего гидропривода сдержится до 6 % нерастворенного воздуха. После отстаивания масла в баке в течении суток содержание воздуха снижается до 0,01…0,02 %. При малых давлениях (до 0,5 МПа) присутствие воздуха в жидкости существенно снижает модуль упругости, поэтому в гидроприводе рекомендуется иметь подпор в сливной ветви. Кроме того, воздух в жидкости создает предпосылки для развития кавитации, особенно во всасывающих линиях и других местах, где происходит резкое изменение скорости (соответственно давления).

Если ли в какой-либо области системы происходит понижение давления, растворенный воздух выделяется в виде мельчайших пузырьков, образуя механическую смесь с жидкостью – пену. Антипенные свойства жидкости характеризуются ее способностью выделять воздух или другие газы без образования пены. Эту способность определяют по времени исчезновения пены после подачи в жидкость воздуха или прекращения перемешивания.

Пенообразование получается также при засасывании воздуха в систему через негерметичные стыки или поступлении в резервуар жидкости через неутопленный сливной патрубок. Попадание воды в небольшом количестве (менее 0,1 %), также ведет к появлению пены. Повышение температуры уменьшает стойкость пены.

Окисление минерального масла при вспенивании становится более

интенсивным, ухудшается смазывающая способность жидкости. Вспениваемость спиртоглицериновых смесей ниже, чем минеральных масел. Способность противостоять пенообразованию можно регулировать добавленем антипенных присадок. Механизм действия присадки состоит в понижении поверхностного натяжения жидкости. Концентрируясь на поверхности пузырьков пены, присадка способствует их разрыву, что приводит к быстрому гашению пены.

Смазывающие способностижидкости связаны с образованием на трущихся поверхностях масляной пленки и способностью её противостоять нагрузкам без разрушения, обеспечивая противозадирные и противоизносные свойства. Смазывающие свойства жидкости характеризуются коэффициентом трения, износом трущихся деталей и величиной нагрузки, разрушающей эту пленку. У спиртоглицериновых смесей смазывающая способность существенно ниже, чем у минеральных масел. Обычно, чем больше вязкость, тем выше прочность масляной плёнки при сдвиге. Улучшение противозадирных и противоизноснных свойств рабочей жидкости достигается введением в жидкость соответствующих присадок. Присадки – это специальные вещества, растворяющиеся в масле (жидкостях).

Стабильность свойств жидкости – это способность рабочей жидкости сохранять работоспособность в течение заданного времени при изменении первоначальных свойств в допустимых пределах. Стабильность характеризуется антиокислительной способностью и однородностью рабочей жидкос ти, которые находятся между собой в прямой зависимости.

Нарушение стабильности свойств рабочей жидкости (старение) на основе минеральных масел обусловлено химической реакцией углеводородов масла с кислородом воздуха. В результате этого процесса в жидкости появляются нерастворимые фракции, которые образуют осадки и плёнки на рабочих поверхностях гидроаппаратов. Появление твердых фракций может вызвать нарушение нормального функционирования таких прецизионных элементов гидропривода, как распределители, дроссели и т.п.

На скорость окисления (старения) жидкости сильно влияют температура жидкости, интенсивность ее перемешивания, количество находящихся в рабочей жидкости воды, воздуха и металлических загрязнений. Для рабочих жидкостей на основе минеральных масел очень нежелателен контакт медных деталей с жидкостью, т.к. медь ускоряет процесс их старения. Степень старения рабочей жидкости характеризуется кислотным числом РН, которое определяется количеством миллиграммов едкого калия (КОН), необходимого для нейтрализации свободных кислот в 1 г жидкости. Кислотное число РН и количество осадка используют для оценки старения жидкости (ГОСТ 5985-79). РН является одним из параметров, определяющих работоспособность рабочей жидкости. С целью повысить антиокислительные свойства жидкости применяют присадки. Перегрев рабочих жидкостей на основе минеральных масел свыше 60 ⁰С и присутствие влаги активируют окислительные процессы с выделением смол.

Стойкость рабочей жидкости к образованию водо-масляной эмульсии определяется способностью жидкости 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.

Антикоррозийные свойства подтверждаются отсутствием коррозии металлов, а также стабильностью физико-химических свойств жидкости. Причины коррозийной активности жидкости связаны с наличием в ней химических соединений, вызывающих коррозию металлов. К таким соединениям относятся перекиси, образующиеся в результате старения рабочей жидкости, и которые оцениваются кислотным числом pH. Антикоррозийные свойства рабочей жидкости оценивают по испытаниям на коррозию металлических (из стали 50 и меди М2) пластин, помещаемых на 3 часа в жидкость, нагретую до 100 °С. Отсутствие потемнений на металлических пластинах является положительным результатом проверки.

Совместимость жидкости с резинотехническими изделиями гидропривода оценивают величиной набухания резины или потерей ее массы в рабочей жидкости при заданной длительности испытаний.

Темпертура застывания. Температурой застывания (ГОСТ 2028774) называется температура, при которой жидкость загустевает настолько, что при наклоне пробирки с жидкостью на угол 45° ее уровень в течение 1 мин остается неподвижным. При температуре застывания работа гидропривода невозможна. Температура застывания жидкости должна быть не менее чем на (10…15) °С ниже наименьшей температуры, при которой эксплуатируется привод.

Температура замерзанияв условиях нашего климата имеет важное значение –она должна быть по возможности низкой. Температурой замерзания называют температуру начала кристаллизации жидкости. При этой температуре в жидкости появляется облачко из мельчайших кристаллов. При этом не должно быть расслаивания жидкости и выделения из неё её компонентов.

Огнестойкость жидкости выражается в том, что она не должна провоцировать пожар или содействовать пожару. Огнестойкость жидкости характеризуется температурой вспышки, воспламенения и самовоспламенения.

Под температурой вспышкипонимается минимальная температура, при которой над поверхностью жидкости образуется количество пара, достаточное для возникновения кратковременной вспышки.

Температуравоспламененияесть температура, при которой над поверхностью жидкости образуется количество пара достаточное, чтобы горение продолжалось после удаления источника огня.

Температуройсамовозгоранияназывается температура при которой жидкость или её пар вспыхивает при контакте с воздухом. Температура воспламения жидкости на основе минеральных масел находится в пределах (180 .. ..230) °С, температура самовозгорания колеблется от (260…370) °С и выше.

Негорючесть.Гидроприводы, работающие вблизи мощных источников тепла должны использовать синтетические рабочие жидкости т.к. они практически являются негорючими и не распостраняющими огонь жидкостями. При использовании рабочих жидкостей на основе минеральных масел при температуре 70 °С и более с целью устранить контакт жидкости с воздухом необходимо баки заполнять инертным газом, либо механически отделить жидкость от воздуха.

Кипениеесть способность жидкости переходить в газообразное состояние.Жидкость можно довести до кипения повышением температуры выше температуры кипения при данном давлении или понижением давления до давления насыщенного пара. Температура кипения определяет температурный диапазон работы гидропривода.

Чистота рабочей жидкости.Гидропривод предъявляет высокие требования к чистоте рабочей жидкость. Чистота рабочей жидкости определяется количеством или массой инородных частиц в заданном объеме жидкости. Частицы загрязнений попадают в рабочую жидкость различными способами: при заливке жидкости в бак, как продукты износа трущихся поверхностей, через сапуны и уплотнения гидропривода.

Влияние чистоты рабочей жидкости на надежность гидропривода велико. До сих пор это основной показатель, ограничивающий долговечность гидропривода. Повышенная загрязненность рабочей жидкости вызывает повышенный износ деталей гидропривода, ухудшение его характеристик и преждевременный выход из строя.

Стандарт по ГОСТ-17216-2001 устанавливает 19 классов чистоты рабочей жидкости. Каждому классу соответствует допустимое количество частиц определенного размера в 100 см³ жидкости и общая масса загрязнений. Все загрязнения делятся на две группы: частицы и волокна. Волокнами считаются частицы толщиной не более 30 мкм при отношении длины к толщине не менее 10:1.Частицы загрязнений размером более 200 мкм (не считая волокон) в рабочей жидкости не допускаются. Масса загрязнений для классов от 0 до 5 не нормируется, а для классов с 6 по 12 не является контрольным параметром. Нормирование классов чистоты по ГОСТ 17216-2001 имеет недостатки.В частности, может оказаться, что частицы большого размера отсутствуют, но количество меньших частиц превышает допустимый уровень.

При этом, общая масса загрязнений может быть меньше допустимой для данного класса. В такой ситуации, работоспособность этой жидкости будет не ниже жидкости, полностью соответствующей данному классу, но её следует в соответствии с ГОСТ классифицировать другим, более грубым классом чистоты. Чтобы ликвидировать этот недостаток, в некоторых отраслях, вводят дополнительные показатели, более удобные для использования.

Международная ассоциация транспортной авиации рекомендует использовать в качестве рабочей среды жидкость с частицами загрязнения не больше 5 мкм и с ограниченным числом меньших размеров.

В табл. 1 приведена рекомендуемая тонкость фильтрации для насосв и гидроаппаратов по проекту международной организации ИСО/ТК 131

Таблица 1