Рідини для гідравлічних систем

Гідравлічні рідини призначені для приведення в дію різних агрегатів і механізмів: привода гальм, підсилювача рульового керування, механізмів перекидача автомобілів-самоскидів, різних гідропідіймачів, гідроприводів, рідинних амортизаторів тощо. Рідини в системах забезпечують плавну і рівномірну передачу потужності з високим ККД (близько 95%). Це їх основна перевага перед пневматичними та механічними передачами.

Робочим тілом у гідравлічних передачах є легкорухомі і практично нестисливі рідини. Працюють вони в широкому діапазоні температур (від +90 до -40⁰С і нижче), при підвищеному тиску (до 10 МПа), в контакті з деталями з чорних і кольорових металів, гумовими та шкіряними ущільненнями, шлангами тощо. Тому рідини для гідросистем повинні: мати високу температуру кипіння і низьку температуру замерзання, змащувальні властивості, невелику в'язкість і хороші в'язкісно-температурні властивості, які б забезпечували добре перетікання; не утворювати пробки при робочих температурах і не збільшуватись в об'ємі; бути безпечними в роботі; мати достатню сировинну базу; бути дешевими. Рідини для гідравлічних систем повинні захищати деталі гідроприводів від корозії, мати сумісність з конструкційними матеріалами, високі антиокисні властивості, фізичну стабільність, деякі інші.

Більшість гідравлічних олив виробляють з нафтової сировини з введенням до їх складу функціональних присадок (антиокисних, антикорозійних, протизношувальних, протизадирних, антипінних та ін.). Для виготовлення гідравлічних олив можуть використовуватись синтетичні продукти або суміш мінеральних і синтетичних олив.

Згідно з діючими на Україні нормативними документами (НД), мінеральні гідравлічні оливи позначаються часто індексом МГ (“масло гидравлическое”); за призначенням в позначку деяких олив можуть входити інші індекси, такі як "И", "АМ", "Е", наприклад, ИГ- індустріальні, АМГ - для авіаційної техніки, МГЕ – єдине; за технологією одержання – ВМГЗ - загущене тощо. В позначці гідравлічних олив вказується цифрою значення “в'язкості” в мм²/с при температурі 50⁰С (наприклад, АМГ-10, МГЕ-10А, МГП-10), або при температурі 40⁰С, як прийнято за міжнародними стандартами (наприклад, МГ-І5А, МГ-15В, МГ-46В).

Гідравлічна система надійно працює при оптимальному значенні в'язкості оливи в різних умовах роботи. Недостатня в'язкість оливи не забезпечує хороших мастильних властивостей. Крім того, така олива може витікати через ущільнення. Використання олив для гідросистем з великим значенням в'язкості провокує збільшення гідравлічних втрат і, як наслідок, зменшення швидкості гідроприводу.

Умовно всі гідравлічні оливи (їх часто називають рідинами) можна розподілити на 4 групи: малов'язкі, середньов'язкі-всесезонні, середньов'язкі (як правило, сезонного користування або в невеликому діапазоні температур), в'язкі. До середньов’язких – всесезонних гідравлічних олив належать оливи із значенням в’язкості при 50⁰С, що дорівнює 10 мм²/с, і при мінус 50⁰С – не більше 1500 мм²/с; до середньов’язких сезонного використання – із значенням в’язкості при 50⁰С, що дорівнює 15 мм²/с, і при мінус 40⁰С – не більше 4000 мм²/с; до в’язких – із значенням в’язкості при 50⁰С, що дорівнює 25-30 мм²/с. В кожну групу в залежності від значення в'язкості входять декілька класів. В табл. наведені значення в'язкості та класи в'язкості гідравлічних олив.

Таблиця. Позначення гідравлічних олив за нормативними документами,

ГОСТ 17479.3-85 і ISO.

Позначення за НД	ГОСТ 17479.3-85		Позначення за класифікацією ISO*
	позначення	клас в’язкості	значення кінематичної в’язкості при 400С, мм2/с	клас в’язкості	експлуатацій-на група
И-20А	МГ-22А	22	19.80-24.20	ISO VG22	HH
ЭШ	МГ-32А	32	28.80-35.20	ISO VG32	HH
АМГ-10	МГ-15В	15	13.50-16.50	ISO VG15	НL
АУП	МГ-22В	22	19.80-24.20	ISO VG22	HL
МГ-30	МГ-46Б	46	41.40-50.60	ISO VG46	HL
МГ-30у	МГ-46В	46	41.40-50.60	ISO VG46	HM
ВМГЗ, МГЕ-10А	МГ-15В	15	13.50-16.50	ISO VG15	HM
МГЕ-46	МГ-46В	46	41.40-50.60	ISO VG46	HM

* Розшифровка абревіатур, що зустрічаються в міжнародних та інших стандартах, надані у додатку 8.

До малов'язких олив належать такі, що мають значення в'язкості 4-5 мм²/с при 50⁰С, при мінус 50⁰С - менше 500 мм²/с; при 40⁰С відповідна в'язкість для них лежить в межах 6,12 - 7,48 мм²/с, що відповідає міжнародній класифікації ISO - ISO VG7 (VG- viscosity grade – клас в’язкості). Малов'язкі оливи з класом в'язкості 5 і 7 (ISO VG5 i ISO VG7) використовують при низьких температурах (наприклад, в Північних районах).

При виборі оливи для гідравлічних систем враховується не тільки клас в'язкості (середнє значення в'язкості при 40⁰С), а також значення в'язкості при робочих температурах, які зростають на 70...120⁰С, і робочі тиски в системі. При збільшенні тиску до 40 МПа в'язкість гідравлічної рідини іноді може збільшуватись вдвічі і більше.

За експлуатаційними властивостями гідравлічні рідини розподіляють на декілька груп: А, Б, В (за ГОСТ 17479.3-85); НН, НL , НМ (за міжнародною класифікацією ISO).

Група НН - мінеральні оливи без присадок; до цієї групи відносяться вітчизняні оливи групи А, що випускають за ГОСТ 17479);

група НL - мінеральні оливи з протиокисними та антикорозійними присадками; до цієї групи відносяться вітчизняні оливи групи Б;

група НМ - оливи подібні до попередньої групи з протизношувальними присадками; до цієї групи відносяться вітчизняні оливи групи В.

У складі олив групи НL та НМ можуть бути інші присадки.

Різні країни та фірми часто використовують свою специфікацію гідравлічних олив, наприклад, фірма “BP” (Бритиш Петролеум) може мати такі позначення як Energol HLP-HM46, де НМ – група гідравлічної оливи, цифра 46 – клас в”язкості (- значення кінематичної в'язкості при температурі 40⁰С в мм²/с).

У гідросистемах найчастіше використовують індустріальні оливи (веретінну, турбінну, трансформаторну) та спеціальні оливи.

До гідравлічних олив належать гальмівні рідини, які застосовують як робочі рідини гідропривода гальмових систем. При натисненні на педаль гальма зусилля передається на поршень головного гальмового циліндра через систему важелів. Поршень тисне на рідину і нагнітає її через клапан у трубопровід, з’єднаний із колісними гальмовими робочими циліндрами. Під тиском рідини поршні останніх розсувають гальмові колодки, які діють на колесо. По закінченні дії на педаль гальма стяжні пружини гальмових колодок повертають поршні колісних циліндрів у вихідний стан, а рідина витискується в головний гальмовий циліндр.

Надійність роботи гідравлічного привода залежить від експлуатаційних властивостей гальмівної рідини. Практична відсутність стиснення рідини та рівномірний розподіл її тиску в усіх напрямках дозволяє передавати енергію до різних агрегатів всіх гідросистем на відстані і приводити їх в дію з великим коефіцієнтом корисної дії (0.90-0.95) внаслідок незначних втрат роботи за рахунок тертя. Зусилля передається швидко і плавно. Експлуатаційні властивості гальмівних рідин залежать від компонентного складу.

Основна частина гальмівних рідин виготовлена з суміші різних органічних сполук, в яких одна частина сполук є носієм в’язкості і мастильних властивостей, друга частина – розчинники цих компонентів, від якості яких залежать низькотемпературні властивості.

Гальмівні рідини – це багатокомпонентні системи різних органічних сполук, до складу яких входять присадки (в’язкісні, антикорозійні та інші). Складовою більшості гальмівних рідин є ефіри полігліколей. До складу деяких гальмівних рідин входять малов’язкі синтетичні оливи.

Багатокомпонентні гальмівні рідини, особливо ті, до яких входять ефіри полігліколей, гігроскопічні, тобто вони поглинають вологу з повітря. Внаслідок цього їх температура кипіння може знижуватися, іноді на 60-70⁰С і більше. При використанні такої гальмівної рідини в системі утворюються ”парові пробки”, що спричинює провал гальмової педалі. Для визначення можливості використання сумнівної гальмівної рідини або такої, що була довгий час на зберіганні, слід добре перемішати у чистій сухій пробірці однакові об’єми гальмівної рідини та бензину і поставити відстоятись протягом 2-3-х годин. Поява водяного шару свідчить про те, що таку рідину використовувати не можна.

Гальмівні рідини повинні бути легкорухомими і мати невелику в’язкість. Температура замерзання має бути нижчою від температури повітря, при якій експлуатується автомобіль чи інша техніка. При роботі гальмівна рідина нагрівається за рахунок теплоти, що виділяється під час тертя гальмових колодок. Гальмівні рідини повинні мати високу температуру кипіння, бо випаровування, а тим більше кипіння рідини в системі недопустимі. При утворенні пари зусилля від педалі не доходить до робочих органів. Те саме може відбутись при наявності у системі повітря. Частина системи заповнюється парами (чи повітрям), відбувається “провал" педалі і колеса не гальмуються.

Гальмівна рідина не повинна розшаровуватись; вона має бути однорідною, без згустків і осадів. Рідини мають бути сумісними з гумовими деталями гальмової системи, повинні мати високі змащувальні властивості, не бути токсичними, відповідати іншим вимогам, які ставляться до гідравлічних рідин.

Приблизний склад рідини “Нева”: етилкарбітол – 51-59%, діоли – 31-34%, ефіри карбітола – коло 5%, суміш гліколей і полігліколей – близько 13.5%, в’язкісні, антикорозійні присадки та ін. Основними компонентами рідини “Томь” є гліколеві ефіри, поліефіри, ефіри борної кислоти, антикорозійні присадки та ін. Температура кипіння цих рідин повинна бути не нижча 190-195⁰С для рідини “Нева” і 205⁰С – для рідини “Томь”; кінематична в’язкість рідин при мінус 40⁰С – не більше 1500 мм²/с, при плюс 100⁰С – не менше 2.0 мм²/с.

Різні фірми випускають гальмівні рідини не однакового складу за кількістю і якістю сполук і присадок, тому змішувати гальмівні рідини не можна. Випускаються вони згідно з вимогами специфікації SAE J 1703 та стандарту FM V SS (Federal Motor Vehicle Safety Standard) № 116 – Grades DOT4 та DOT3 і придатні для гальмових систем легкових і вантажних автомобілів, автобусів, дорожньо-будівельної та іншої техніки. Гальмівна рідина DOT5 не гігроскопічна.

З часом гальмівна рідина спрацьовується. При заміні гальмівної рідини систему промивають денатурованим спиртом або водою, висушують і знову заповнюють свіжою рідиною.

Амортизаційні рідини призначені для застосування в телескопічних і важільно-кулачкових амортизаторах. Робота амортизаторів грунтується на поглинанні кінетичної енергії коливання кузова машини за рахунок перетікання амортизаційної рідини. Тиск рідини в амортизаторах досягає 8-11 МПа, а температура, в залежності від температури навколишнього середовища, до 140⁰С. Щоб забезпечити нормальну роботу амортизаторів, рідинам треба мати хороші в’язкісно- і низькотемпературні, а також антипінні, мастильні та інші властивості.

Як амортизаційні рідини використовують спеціальні рідини: АЖ-12Т і МГП -10, а також малов’язкі оливи та їх суміші, наприклад, суміш турбінної і трансформаторної.

Характеристика деяких амортизаційних рідин наведена в таблиці.

При заміні амортизаційних рідин систему промивають гасом.

Суміш турбінної, трансформаторної та інших індустріальних олив має невисокі в’язкісно-температурні властивості, що провокує жорстку роботу амортизаторів при зниженні температури повітря.

Амортизаційні рідини АЖ-12Т і МГП-10 – це суміш мінерального та синтетичного компонентів (полісилоксанової оливи) з комплексом присадок. Полісилоксани в незначних кількостях використовують як антипінну присадку до інших олив. Тому ці амортизаційні рідини мають високі антипінні властивості. Крім того, з усіх найбільш розповсюджених в техніці олив полісилоксани мають самі високі індекси в’язкості, що забезпечує хороші в’язкісно-температурні властивості цим амортизаційним рідинам.

Таблиця. Характеристика амортизаційних рідин

Показники	Суміш турбінної і трансформаторної оливи 1:1	АЖ-12Т	МГП-10
В’язкість кінематична, мм2/см, при температурі:
мінус 500С	16-16.5	12	10
мінус 400С	застигає	6500	1000 (при –200С)
Температура застигання, 0С, не вище:	-30	-55	-40
Густина при 200С, кг/м3	-	-	930
Вміст механічних домішок, %	відсутні	відсутні	відсутні
Вміст води, %	відсутня	відсутня	відсутня
Дослідження на корозію	витримує	витримує	витримує

Використовують також спеціальні рідини і розчинники: для промивання скла, проти обледеніння скла, для полегшення пуску двигуна тощо.

Для промивання скла автомобілів, тракторів та іншої техніки можна застосувати рідину НИИСС-4. У чистому вигляді її не використовують, а розбавляють водою, кількість якої залежить від температури повітря:

Температура повітря, 0С	Співвідношення об’ємів НИИСС-4:вода
до – 5	1:9
-5…-10	1:5
-10…-20	1:2
-20…-30	1:1

Товарна рідина НИИСС-4 – це водяний розчин ізопропилового спирту, вміст якого складає 79%. До цієї суміші додається 0.1% миючого засобу (сульфанола).

Використовуючи рідину НИИСС-4, треба виконувати правила безпеки, тому що рідина вогненебезпечна, токсична, діє на фарбу покриття. Цю рідину якоюсь мірою можна використовувати для запобігання обледеніння скла (при відсутності спеціальної рідини).

Проти обледеніння скла є спеціальні розчини. Якщо таких рідин нема, то скло автомобіля, дорожньо-будівельної та іншої техніки можна протирати сумішшю 63%-го спирту з гліцерином (на 100 см³ 63%-го спирту додають 5.5 г гліцерину) або сумішшю калійного мила з гліцерином та скипидаром (60г мила розчиняють у 30г гліцерину і 10г скипидару), або насиченим розчином кухонної солі з гліцерином.

Проти обледеніння скла можна використовувати рідину ЕАФ (ефіроальдегідна фракція) в суміші з водою (до 40-50% води). Суміш ЕАФ з водою наносять на скло заздалегідь. Плівка, що утворюється на склі, запобігає утворенню льоду. Розчин ЕАФ використовувався в авіації.

Пускові рідини для полегшення пуску двигуна при низьких температурах повітря виготовляються на основі етилового ефіру з добавленням ізопропилнітрату, оливи і присадок.