13.01.2010 Влияние качества рабочей жидкости (РЖ) на работу мобильной техники с гидроприводом в сложных условиях
Эксплуатационные свойства рабочей жидкости (РЖ) в гидроприводе во многом определяют продолжительность и надежность работы гидрооборудования.
Рабочая жидкость в гидравлической системе является необходимым конструкционным элементом – рабочей средой, без которой не сможет действовать ни одна гидросистема.
Рабочая жидкость осущствляет непосредственную передачу энергии от насоса к гидродвигателю.
Кроме того РЖ выполняет важнейшие функции – смазывающие, вязкостно-температурные, антикоррозионные и другие заданные свойства, обеспечивающие
высокие показатели работы гидропривода в сложных условиях эксплуатации.
В качестве РЖ в гидроприводах мобильной техники используются гидравлические масла, являющиеся продуктом переработки нефти, что обеспечивает их сравнительно
невысокую стоимость.
Потребителями гидравлических масел является в основном тяжелая техника - строительные, лесозаготовительные, дорожные, подъемно-транспортные и другие машины, работающие
на открытом воздухе в тяжелых климатических условиях и часто вдали от баз нефтерпродуктов.
И требования к эксплуатационным характеристикам рабочей жидкости очень высокие :
иметь высокий индекс вязкости и хорошо работать в широком диапазоне температур;
предохранять детали гидросистемы от износа;
обладать термической и химической стабильностью, иметь высокий антиокислительный потенциал, чтобы обеспечить длительную бессменную
работу жидкости в гидросистеме;
отличаться хорошей фильтруемостью;
защищать детали гидропривода от коррозии;
обладать свободной текучестью при перекачке;
иметь необходимые антипенные свойства;
быть совместимымой с материалами гидросистемы.
Хорошо бы все эти качества иметь одному маслу, чтобы работать в любых климатических зонах и с любыми насосами ….
Такая задача была поставлена. И она была решена. Инструкциии ранее действующих отраслевых норм по эксплуатации гидравлического оборудования и машин с гидроприводом содержали технически не обоснованные,
противоречивые рекомендации по применению различных масел в качестве РЖ. Указывался широкий, без всяких обоснований, температурный диапазон их применения.
В этих рекомендациях не учитывались конструктивные особенности насосов, трудности, возникающие при пуске гидропривода из-за высокой вязкости жидкости при низкой
температуре или из-за снижения вязкости ниже допустимого уровня при повышении температуры в гидросистеме.
При разобщенности строительных и промышленных объектов на большой территории и отсутствии всесезонных транспортных коммуникаций, в сложных геологических условиях
применялось большое количество масел, не соответствующих эксплуатационным требованиям и без учета местных климатических условий. Это приводило к снижению
производительности и срока службы машин, а также к дополнительным затратам на обслуживание и эксплуатацию.
Для обеспечения долгосрочной и безотказной эксплуатации мобильных машин и промышленного оборудования с гидроприводом в сложных климатических условиях России в
соответствии с постановлениями Правительства и Госкомитета по науке и технике с участием головных ВНИИ и СКБ специально для объемных гидроприводов взамен большой
номенклатуры масел было создано два сорта гидравлических масел (МГ) – МГ15-В и МГЕ-46В. В ходе лабораторных испытаний был определен температурный диапазон применения
этих масел. Эти новые гидравлические масла проходили испытания на мобильных машинах с гидроприводом в различных климатических регионах страны и были допущены Межотраслевой комиссией
Госстандарта к применению, а Миннефтехимпром организовал их серийный выпуск на Волгоградском, Ново-Уфимском и ПО «Омскнефтеоргсинтез» нефтеперерабатывающих заводах.
По новым инструкциям для всесезонной эксплуатации мобильных машин и промышленного оборудования с гидроприводом в районах с холодным климатом рекомендовано использовать гидравлическое масло ВМГЗ (МГ-15В по ГОСТ 17479.3-85). Для всесезонного использования эту рабочую жидкость (РЖ) предпочтительно применять с аксиально-поршневыми насосами.
В условиях низких зимних температур рекомендуется использовать МГ-15В с шестеренными и пластинчатыми насосами.
При выработки масла МГ-15В используется загущенная основа с добавлением композиции присадок, обеспечивающих маслу комплекс эффективных эксплуатационных свойств - вязкостных, антиокислительных, низкотемпературных и антипенных.
Масло нетоксично и не агрессивно по отношению к материалам, применяемым в гидрооборудовании. Масло может использоваться круглогодично в северных и северо-восточных районах
страны дли эксплуатации машин с гидроприводом в интервале температур от -53 до +53°С, обеспечивая надежный пуск гидропривода без предварительного разогрева масла.
Масло заменяет более 14 сортов дефицитных и дорогих масел. Продолжительность эксплуатации масла МГ-15В без замены в 2-3 раза выше, чем других неспециальных масел и
составляет 3500 -4000 часов.
Было проведено испытание работы гидрооборудования при низких температурах с гидравлическим маслом МГ-15В в качестве рабочей жидкости.
Экспериментальные исследования показали, что при температуре –30 °С потери давления в гидросистеме возрастают в 3-4 раза, а при температуре от –50 до –58 °С они
возрастают в 10-15 раз (сравнительно с потерями давления при +40-50 °С). Понижение объемного и гидромеханического к.п.д. особенно заметно во время пуска системы.
Гидромеханические потери мощности относительно номинальных значений увеличиваются на 15-37% при температуре масла МГ-15В ниже –40...-45 °С.
Были выработаны условия надежной работы
гидросистемы для разных типов насосов.
Принимались во внимание основные характеристики насосов:
тип рабочей (эксплуатационной) жидкости,
наибольшее и наименьшее значения вязкостей,
значения минимальной и максимальной рабочих температур,
требуемый диапазон рабочих давлений,
ожидаемое значение интервала частот вращения,
максимальный уровень шума,
ожидаемый срок службы.
Вязкость масла, обеспечивающая надежную гидродинамическую смазку поверхностей трения и значение объемного к.п.д. не менее 80%, должна быть
не ниже:
18-16 сСт для шестеренных насосов,
14-12 сСт для пластинчатых насосов,
10-8 сСт для аксиально-поршневых насосов.
(Один санти Стокс или, 1 сСт = 1 мм /с)
Минимальная вязкость РЖ для обеспечения необходимой прокачиваемоси не должна превышать:
4500-5000 сСт для шестеренных насосов (при частоте вращения 1500 мин-1);
3500-4500 сСт для пластинчатых насосов (при частоте вращения 1450 мин-1);
1800-2000 сСт для аксиально-поршневых насосов (при частоте вращения 1000 мин-1).
Показатель прокачиваемости масла насосом - важный комплексный критерий, оценивающий работоспособность гидросистемы и критическую температуру,
ниже которой наступает разрыв сплошного потока и начинается нарушение или прекращение подачи гидравлического масла.
Различие предельных значений вязкости гидравлического масла МГ-15В для разных типов насосов зависит от конструктивных особенностей каждого насоса, и прежде всего
от размера и формы всасывающего канала. Приведенные температурные пределы применения гидравлических масел относятся к разомкнутым (открытым) гидросистемам, в котором
рабочая жидкость постоянно сообщается с гидробаком, установленном выше оси насоса на 0,5 м и более, т. е. во всасывающей гидролинии создается статический напор.
При низких температурах, особенно в период пуска, чтобы увеличить предел прокачиваемости гидравлического масла по уровню вязкости, следует уменьшать частоту вращения
двигателя внутреннего сгорания для привода насосов. Если снизить частоту вращения аксиально-поршневого насоса на 40%, то можно увеличить диапазон
устойчивой работы по
уровню вязкости примерно в 2,5 раза. Гидравлическое масло МГЕ-46В (МГ-30 по ТУ 38-10150-79) используется в гидроприводах мобильных машин и промышленных
установок как летнее масло в районах умеренного климата и как всесезонное в южных районах страны. Интервал температур в зависимости от типа применяемых насосов находится
в пределах от –20 до +75 °С. Гидравлическое масло МГЕ-46В изготавливают на базе индустриального масла И-З0А (ГОСТ 20799–75) с добавлением композиции
присадок.
Масло обладает высокой стабильностью эксплуатационных (вязкостных, антиокислительных, противоизносных) свойств, инертно по отношению к материалам, используемым в
гидроприводе.
Масло надежно работает при давлении до 35 МПа. Допустимо кратковременное повышение до 42 МПа. (Один мегапаскаль (МПа) равен 10 атмосферам).
На значительной территории России гидравлическое масло МГЕ-46В используется как всесезонное без замены в течение 3500-4000 часов. МГЕ-46В заменяет более 20 сортов
масел, предназначенных для других целей
Применение гидравлических масел в зависимости от их температуры
Отечественные
гидравлические
масла
Насосы, применяемые в гидросистемах
Зарубежные рабочие жидкости
Аксиально-поршневые
Пластинчатые
Шестеренные
Температурные пределы применения гидравлического масла,°С
Кратковременно
Длительно
Кратковременно
Длительно
Кратковременно
Длительно
МГ-15В(ВМГЗ) ТУ 38-101479-00
От-53 до
+75
От -40 до+60
От -53 до+35
От-35 до +50
От -58 до +55
От -43 до +35
Shell Tellus, MOBIL fluid 93. Esso Univitij 43, BREnergol HLP20
МГЕ-46В (МГ-30) ТУ 38-10150-79
От-15 до+75
От-5 до+70
От-15 до+80
От0 до+75
От -20 до+ 70
От-10 до +0
Tellus0eL 46. Energol HLP46, EP Hydraulic
Технические характеристики основных сортов гидравлических масел и их заменителей
Параметр
Рабочие жидкости
Основная
Заменитель
МГ-15В
МГЕ-46В
АУ
И-ЗОА
Кинематическая вязкость, мм/с, при температуре:
+100 °С, не ниже
4,3
6,0
3,9
6,2
+50 °С, не менее
10,4
27
12
28
+40 °С, не менее
11,0
40
750
-
-20 °С, не выше
220
При 0°С не более 1000
-
-
-40 °С, не выше
1290
20000
Индекс вязкости, не менее
282
90
85
Температура застывания,°С, не выше
-65
-30
-45
-15
Температура вспышки в открытом тигле, °С не ниже
139
190
163
190
Кислотное число, мг КОН на 1 г масла (без присадок)
0,05
0,06
0,07
0,05
Содержание водорастворимых кислот, щелочей, механических примесей и воды
Отсутствует
Содержание серы, %, не более
1
1
Испытание на коррозию в течение 3 ч при 100 °С пластинок из стали 50 или сталей, близких к ней, и пластинок из меди М-2
Выдерживает
Изменение массы резины УИМ-l ВТР №01-65 после воздействия масла, %, в течение 72 ч при 80 °С
4- 7,5
2-4
Плотность, г/см3, при +20 °С, не более
0,862
0,890
0,891
0,816
Применение только двух основных сортов гидравлических масел МГ-15В и МГЕ-46В обеспечивает надежную эксплуатацию мобильных машин с гидроприводом и значительно
сокращает дополнительные финансовые затраты, связанные с использованием большого ассортимента нефтепродуктов, и предотвращает загрязнения гидросистем, связанные с
сезонными заменами гидравлических масел.
Температурные пределы применения масел при номинальных значениях основных параметров гидрооборудования устанавливаются для каждого
гидропривода отдельно
с учетом конструктивных особенностей насосов и в зависимости от вязкости гидравлического масла от температуры по графику.
Наибольшая вязкость, соответствующая пределу прокачиваемости, и наименьшая допустимая вязкость для насосов:
1 - шестеренных;
3 - пластинчатых;
5 - аксиально-поршневых для кратковременной эксплуатации;
2,4,6 - соответственно для шестеренных, пластинчатых, аксиально-поршневых для длительной эксплуатации.
