Гидравлические жидкости

1.1. Базовое масло, базовая жидкость

     Как правило, гидравлическая жидкость состоит из базовой жидкости, которую называют базовым маслом, и химических веществ, обычно называемых присадками. Качество и эксплуатационные характеристики гидравлической жидкости обычно зависят от применяемых в ней базовой жидкости и комбинации присадок или пакетов присадок. Присадки улучшают конкретные функциональные характеристики, которыми базовое масло не обладает или обладает в недостаточной степени. Классификация гидравлического масла определяется техническими и экологическими характеристиками, типом базовой жидкости и типами присадок.
     Жидкости на основе минеральных масел (парафиновых масел, нафтеновых масел и базовых масел) и/или их смеси применяются в качестве базовых жидкостей или, базовых масел. Синтетические жидкости на основе масел гидрокрекинга (НС-масел или так называемых масел группы III), ПАО, эфирные масла (РОЕ) и полигликоли (PAG) применяются главным образом в огнестойких, способных к быстрому биоразложению, или специальных гидравлических жидкостях. Натуральные растительные масла, например рапсовое масло, часто встречаются в биоразлагаемых жидкостях. Гидравлические жидкости пищевого сорта обычно основаны на специальных белых маслах, ПАО и полигликолях (см. главы 4 и 5 «Базовые масла и синтетические базовые масла»).
     Доля минеральных масел составляет ~ 88% (в основном парафиновые масла группы I); синтетических масел — 12% (80% сложные эфиры, 15% полигликоли и т.д.).

1.2. Присадки к гидравлическим жидкостям

Присадки могут являться либо взаимодополняющими, либо противодействующими друг другу. С помощью присадок могут быть улучшены такие характеристики, как стойкость к старению, антикоррозионные, противоизносные, противозадирные свойства, вязкостно-температурные характеристики, вспенивание, моющие свойства, коэффициент трения и многие другие функциональные характеристики.
     Важнейшими присадками для гидравлических жидкостей являются:
     • «поверхностно-активные присадки», например ингибиторы коррозии, дезактиваторы металлов, противоизносные присадки, модификаторы трения, DD присадки и т. д.;
     • «присадки к базовым маслам», например антиоксиданты, антивспенивающие средства, присадки, улучшающие индекс вязкости, присадки, улучшающие температуру застывания и т. д.
     Грубая классификация систем присадок к гидравлическим жидкостям может быть достигнута их разделением на системы, содержащие цинк и золу, и системы. не содержащие указанных компонентов (ZAF). Доли цинксодержащих гидравлических масел составляет 70—80%.

2. Первичные, вторичные и третичные характеристики гидравлических жидкостей

К первичным функциям и свойствам гидравлических жидкостей относятся :
     • передача энергии давления и кинетической энергии;
     • передача сил и крутящих моментов при использовании жидкости в качестве смазочного масла;
     • минимизация износа поверхностей скольжения в условиях граничного трения:
     • минимизация трения;
     • защита компонентов от коррозии (черных и цветных металлов);
     • рассеяние тепла;
     • применение в широком диапазоне температур, обеспечении хороших вязкостно-температурных характеристик;
     • увеличение сроков службы машин и оборудования и т. д. Гидравлическая жидкость должна удовлетворять следующим требованиям:
     • вторичные характеристики: высокая окислительная стабильность, хорошая термическая стабильность, инертность к металлам, совместимость с металлами и эластомерами, хорошая аэрационная способность, низкое вспенивание, хорошая фильтруемость, хорошее водоотделение, хорошая стойкость к сдвигу в случае неньютоновских жидкостей и т.д.;
     • третичные характеристики: низкая испаряемость в результате низкого давления насыщенных паров, токсикологическая безвредность, экологическая безопасность, низкая воспламеняемость (огнестойкость) и т. д.
     Многообразие характеристик и требований, которым должны удовлетворять гидравлические жидкости, обусловливает необходимость наличия особых свойств, которые не могут быть обеспечены только за счет одного базового масла. Синтетические базовые жидкости могут удовлетворять таким требованиям, как экологическая совместимость, высокая термическая стабильность, огнестойкость и применимость в областях промышленности, связанных с производством пищевых продуктов.

3. Критерии отбора гидравлических жидкостей

Выбор гидравлической жидкости зависит от условий применения: диапазона рабочих температур, конструкции гидравлической системы, типа насоса, рабочего давления и экологических соображений. Требуемый срок службы, доступность, экономические и экологические факторы также определяют тип применяемого гидравлического масла. С реологической точки зрения вязкость подбираемой жидкости должна быть минимально возможной. Это гарантирует мгновенное срабатывание гидравлики при активации системы. С другой стороны, минимальная вязкость необходима для снижения утечек и гарантии адекватной смазки насоса и других подвижных частей. Любое изменение температуры гидравлической жидкости непосредственно отражается на вязкости. Поэтому рабочая температура гидравлической системы должна поддерживаться в сравнительно узких пределах для исключения крупных колебаний вязкости жидкости. При выборе гидравлической жидкости исходят из предположения, что рабочая и окружающая температура известны. В замкнутых системах это температура контура, а в открытых системах — температура в резервуаре. Вязкость подобранной жидкости должна находиться в оптимальных пределах, от 16 до 36 мм²/с
(V_{оптимум} = оптимальной рабочей вязкости = 16-36 мм²/с). В пороговых условиях (во время низкотемпературного запуска, при кратковременных перегрузках) вязкости, приведенные в Табл.1, могут быть использованы в зависимости от типа насоса, применяемого в системе. Нормальные рабочие условия зависят от окружающей температуры, давления и других факторов. В стационарных гидравлических системах низкого и среднего давления рабочая емпература должна составлять 40-50 °С (температура в баке).

Таблица 1. Вязкости в зависимости от типа насоса
Тип насоса	Максимально допустимая вязкость в мм²/с (при холодном запуске)	Минимально допустимая вязкость (в условиях нагрузки, максимально допустимая температура 90 °С), в мм²/с
Шестеренчатый	около 1000	10-25
Поршневой	1000-2000	10-16
Ротационный крыльчатый	200-800	16-25

Для систем, работающих при высоких давлениях (выше 400 атм), средняя температура системы может быть приблизительно на 10-20 °С выше. Следует иметь в виду, что температура жидкости на выходе из насоса и далее по схеме моторов и клапанов выше, чем средняя температура в баке системы. Температура утечки, зависящая от давления и производительности насоса, всегда выше температуры в системе или в баке.
     Температура жидкости никогда не должна быть выше 90 °С (максимум 100 °С)в любой части системы. Если эти условия не могут быть обеспечены в силу экстремальных обстоятельств, то при более низких температурах окружающей среды рекомендуется промывать насосы и моторы. Вязкость при запуске и рабочую вязкость (рабочая вязкость гидравлической жидкости) устанавливают в соответствии с различными ISO классами вязкости. Для большинства областей применения допустимы классы вязкости 15, 22 (при низких температурах окружающей среды), 32, 46 и 68. Обычно применяют масла с ИВ около 100. Высокоиндексные масла (лучшая вязкостно-температурная зависимость) рекомендуются для специальных гидравлических систем при высоких или низких температурах окружающей среды и применениях в мобильных системах. Если применяются присадки, повышающие ИВ (вязкостные присадки), то они должны обладать стойкостью к сдвигу (в течение всего срока службы жидкости) для сохранения механических свойств масла на протяжении всего срока службы. Высоковязкие масла могут применяться в длительно эксплуатируемых системах для со- кращения утечек и износа. Высокоиндексные гидравлические масла способствуют рационализации ассортимента масел в промышленных областях применения (например, масло HVLP 46 может заменить масла до пяти классов вязкости (ISO VG 15-68). На диаграммах подбора гидравлических жидкостей (рис.1) показаны рекомендованные классы вязкости в зависимости от окружающей температуры.
     Средняя рабочая температура гидравлических масел на базе минеральных масел в стационарных системах не должна превышать 50—60 °С и 80-90 °С в мобильных системах. Жидкости, содержащие воду (например, HFC-жидкости), должны поддерживаться при более низких температурах, вплоть до 35-40 °С (давление насыщенных паров воды).
     Объем жидкости в стационарных системах должен в три—пять раз превышать объем жидкости, прокачиваемой за одну минуту. В мобильных системах объем бака должен быть в один—два раза больше объема прокачиваемой жидкости, но в особых обстоятельствах возможен и меньший объем.

4. Классификация и стандартизация гидравлических жидкостей
В зависимости от своего конечного назначения гидравлические жидкости могут быть отнесены к одной из двух основных групп — жидкостей для гидростатических и гидродинамических областей применения.
     Гидростатические области применения могут быть подразделены на подгруппы с учетом международных стандартов ISO, СЕТОР и национальных (например, DIN) классификаций:
     • DIN 51 524 или ISO 6743/4 гидравлические масла;
     • ISO/CD 12922, VDMA 24317, СЕТОР RP91H и DIN 51 502 огнестойкие гидравлические жидкости в соответствии с 7-м Люксембургским отчетом или Factory Mutual System Insurance company USA (FM Global);
    • ISO 15380 (VDMA 24568) и ISO 6743/4 гидравлические жидкости, способные к быстрому биоразложению ISO 15 380: Смазочные материалы, промышленные масла и смежные продукты (класс L) семейство Н — спецификация на экологически приемлемые жидкости — HETG, HEES, HEPG, HEPR;
     • NSF Н1, Н2 и FDA гидравлические масла, применяемые в пищевой промышленности NSF International The Public Health and Safety Company (некоммерческая, неправительственная организация — США);
     • STOU и UTTO универсальные гидравлические масла для применения в мобильных системах. Гидравлические масла, применяемые в гидродинамических устройствах, могутбыть отнесены к ATF, жидкостям для конвертеров и муфт сцепления (см. главу 10). На рис.2. показаны различные категории гидравлических жидкостей и основные области их применения.