Гідравлічні рідини
Гідравлічні системи стають усе більш компактними, при цьому збільшуються питомі значення енергії, яка передається, системи працюють при усе вищій температурі й тиску, зменшуються проміжки між деталями, що рухаються, в конструкції з метою зменшення маси все ширше використовуються кольорові метали та сплави. З цих причин гідравлічні рідини, що раніше випускалися, вже не відповідають новим вимогам, і створюються нові сорти з поліпшеними експлуатаційними властивостями.
Як і будь-яка сучасна технічна рідина, гідравлічні рідини складаються з основи - базової олії й присадок. Основа зазвичай складає 95 і більше відсотків усього складу рідини.
Гідравлічні рідини залежно від базової олії розділяють на рідині на основі мінеральних олій; синтетичні рідини на основі олій гідрокрекінгу, поліальфаолефінів (ПАО) і ефірних олій, а також полігликолей. У мобільній спецтехніці, що цікавить нас, в основному використовуються рідини на мінеральній основі й гідрокрекінговій.
Присадки до гідравлічних рідин
Присадки. До складу сучасних гідравлічних рідин можуть входити такі присадки, як інгібітори корозії, антиокислювальні, протизнос, пінопригнічуючі, емульгатори або деемульгатори, а також присадки, що покращують в'язкісно-температурні властивості, тобто в'язкість рідини, що зменшує залежність, від температури.
Емульгатори - речовини, що забезпечують створення емульсій з рідин, що не змішуються. Іншими словами, емульгатори підтримують воду у вигляді рідкої дисперсної фази в гідравлічній рідині, внаслідок чого невелика кількість води розсіюється в об'ємі олії, що забезпечує відповідне змазування. Деемульгатори відділяють воду від гідравлічної рідини, що дозволяє видаляти її з гідросистеми в процесі проведення технічного обслуговування. Слід зазначити, що відокремлена вода практично не має змащуючих властивостей і, потрапляючи в гідронасос, може викликати підвищений знос його компонентів. Ушкодження в системі також можуть виникнути, якщо вода замерзне. Вимоги виробників позашляхової техніки в частині властивостей емульгуючих рідин, використовуваних в гідросистемах, можуть різнитися. Наприклад, Caterpillar не рекомендує використовувати рідини, що містять деемульгатори. Низка інших виробників допускає використання рідин обох типів.
Величину відносної зміни в'язкості рідини в діапазоні робочих температур виражає безрозмірний параметр" індекс в'язкості". У гідравлічних рідин з високими індексами в'язкість мало змінюється в широкому діапазоні температур.
Присадки, що покращують індекс в'язкості (відомі під назвою" модифікатори в'язкості"), вводяться в продукти, що відповідають специфікаціям ISO 6743/4, - тип HV або DIN 51524 - категорія HVLP. Ці присадки є полімерами, їх молекули при низьких температурах мають форму"клубків", забезпечуючи малу в'язкість олії й тим самим добру прокачуваність при негативних температурах. При підвищенні температур до робочих ці молекули "розгортаються", займаючи більший об'єм і підтримуючи в'язкість на необхідному рівні, не даючи олії розріджуватися. Завдяки цій властивості при зміні температури в'язкість рідини підтримується майже на постійному рівні. На ринку пропонується велика кількість присадок, що покращують індекс в'язкості. Але слід пам'ятати: при однаковому хімічному складі чим довші молекули речовини, тим нижче опір механічному зрушенню. А коли ланцюжки молекул розпадаються, в'язкість рідини падає.
«Цинковмісні" та"безцинкові". Упродовж десятиліть діалкілдитіофосфат цинку(ZDDP) використовувався як присадка проти зносу й окислення в гідравлічних рідинах. Більшість гідравлічних рідин містять ZDDP, тобто належить до типу "цинковмісних".
Але ZDDP має слабку гідролітичну стабільність, тобто розкладається під дією води (продукти розкладання найбільше впливають на кольорові метали), а також недостатньою термічну стійкість - розкладається під дією екстремально високих температур, утворюючи корозійно-активні кислоти й рихлий осад, що засмічує фільтри та посилюючий знос деталей системи.
Цю проблему усувають шляхом використання дорожчих присадок на основі сірки й фосфору: солей амінів і складних ефірів діалкілдітіофосфорної кислоти. За останні пару років такі" сорти рідини, що не містять цинку" («безцинкові"), широко поширилися. Як правило, вони належать до преміум-класу. Гідравлічні рідини з безцинковими присадками мають назву "беззольні" - вони мають підвищений опір утворенню рихлого осаду (тобто гідролізу), лакових відкладень при високих температурах, а також екологічні - не містять важких металів. Крім того, такі рідини більше хімічно нейтральні до кольорових металів і мають кращу фільтрованість, оскільки не містять рихлих опадів. Найсучасніші рецептури гідравлічних олій, як правило, зроблені з використанням "безцинкової" технології. Ці сорти рідин мають не менш високі властивості протизносу із захисту гідронасосів і інших компонентів гідросистем, чим звичайні гідравлічні рідини.
Цікаво відмітити, що деякі виробники позашляхової техніки допускають до використання в гідросистемах рідини з вмістом цинку не менше 0,09 %, наприклад Caterpillar. З іншого боку, існують виробники, які настійно рекомендують до використання тільки беззольні рідини, наприклад Hitachi.
Зберігання й обслуговування
Захист від забруднень. Головне при зберіганні та використанні гідравлічної рідини - захист її від попадання забруднень і води.
На жаль, рідина, що навіть поступає від виробника, не завжди відповідає заявленій мірі очищення, оскільки в процесі доставки кінцевому споживачеві її можуть переливати в різні ємності та при цьому перекачуванні в рідину можуть потрапити забруднення.
Від постачальника рідина може доставлятися безпосередньо до місця використання у бочках або іншій тарі без проміжного перекачування. Проте при заміні або доливанні рідині в гідросистему машини повинні підтримуватися жорсткі заходи забезпечення чистоти: застосовуватися спеціальні насоси, що перекачують рідину з бочок в гідросистему машини, герметичні заправні місткості й зовнішні установки (типу" штучна нирка"), що фільтрують, з тонкістю фільтрації такою ж або краще, ніж у фільтру, встановленого в гідросистемі машини. Заправка рідини вручну - звичайна причина забруднення гідросистем. При заміні, перед заправкою свіжої рідини слід очистити систему від відкладень (особливо гідробак) і промити її. Не забувайте регулярно зливати відстій з гідробака.
Для того чтобы сохранить работоспособность гидросистемы, следует избегать:
Для того, щоб зберегти працездатність гідросистеми, слід уникати:- попадання в систему надмірної кількості твердих забруднюючих часток (причиною цього забруднення бувають порушення правил дотримання чистоти при техобслуговуванні, сапуни гідробаків неправильної конструкції або несправні, а також зношені ущільнення гідроциліндрів);
- попадання в систему надмірної кількості забруднюючої води (в результаті неправильного зберігання рідини, відсутності сапунів на цистернах, негерметичної охолоджувача гідравлічної рідини на машині або зносу ущільнень гідроциліндрів, що осушують повітря), навіть незначна кількість води, 0,05-0,1%, прискорює знос компонентів гідросистеми й розкладання присадок рідини;
- перегрівання рідини (через неправильну роботу машини або помилок в конструкції гідросистеми).
Лабораторні аналізи. Усі фахівці стверджують в один голос: в процесі експлуатації необхідно регулярно виконувати аналізи гідравлічної рідини в спеціалізованій лабораторії, особливо якщо машина дорога та об'єм гідросистеми великий. Періодичність проведення аналізів слід обирати залежно від напруженості режиму експлуатації машини, проконсультувавшись з виробником машини та постачальником рідини. Проте при складанні графіку узяття проб рідини слід враховувати реальні обставини: якщо режим експлуатації став істотно важчий або насторожують результати аналізів, треба скоротити інтервали між відбором проб.
Також при складанні програми аналізів гідравлічної рідини важливо правильно вибрати параметри, що перевіряються, щоб отримувати максимально повну інформацію не лише про стан самої рідини, але і гідросистеми, і усієї машини. Такий комплексний підхід заведено називати моніторингом. Як мінімум при моніторингу гідравлічної рідини рекомендується відстежувати зміни наступних параметрів:
- кінематичну в'язкість рідини при 40 °С і при 100 °С;
- загальне кислотне число;
- вміст води (за К. Фішером);
- наявність/ відсутність гліколю;
- спектрометричний поелементний аналіз методом ICP (індуктивно-пов'язаної плазми) для виявлення ознак і міри зносу устаткування, а також забруднення рідини сторонніми включеннями;
- клас чистоти олії.
В процесі експлуатації й при зберіганні гідравлічну рідину рекомендується візуально перевіряти на наявність відстою і муті (на прозорість), тому що помутніння рідині може свідчити про наявність забруднення водою (що погіршує змащувальні властивості), іншими несумісними з гідроустаткуванням рідинами або дрібнодисперсними твердими частками.
Зберігання. Якщо гідравлічна рідина зберігається у бочках, рекомендується складувати їх у вертикальному положенні заливною пробкою вниз або на боці. Якщо бочки складують поза приміщенням, бажано щось під них підкласти або збудувати поміст, а також навіс, щоб захистити від контакту з грунтом, дії води та бруду. Якщо рідина зберігається у великих цистернах, рекомендується фільтрувати її при закачуванні в ємність і при видачі, забезпечуючи необхідну для вашого устаткування міру очищення, що, наприклад відповідає 8-9 кл. за ДЕСТ 17216-2001 або кодом чистоти 16/13 за стандартом ISO 4406. Також застосування на великих цистернах сапунів, що осушують повітря, допомагає захищати рідину, що зберігається, від проникнення вологи, як це робиться в гідробаках машин.
Рідина, яка контактувала з повітрям, може зберігатися не більше двох років. Проте для запобігання використання гідравлічної рідини, яка стала"некондиційною" в результаті неправильного зберігання рекомендується зробити контрольний аналіз проби з тари.
Вибір гідравлічної рідини
Сьогодні на ринку є присутньою низка різних лінійок продуктів, що розрізняються експлуатаційними властивостями й ціною: від мінеральних олій без присадок до синтетичних, таких, що містять довгий перелік присадок, що надають рідині необхідні властивості для роботи в певних умовах.
Підбір за в'язкістю і температурою. При виборі обов'язково повинна враховуватися в'язкість рідини в робочому діапазоні температур. Для рідин на базі мінеральних олій середня робоча температура не повинна перевищувати 80-90 °С.
Зазвичай вважається, що в'язкість гідравлічної рідини підбирають залежно від вимог гідронасосів системи. Проте насправді повинна враховуватися ще і пропускна спроможність найвужчих каналів системи, наприклад, в клапанах і гідророзподільниках. З цієї причини в різних будівельних машинах, що використовують однакові гідронасоси, іноді застосовуються різні сорти гідравлічних рідин.
Тому при виборі гідравлічної рідини необхідно дотримуватися рекомендацій виробників устаткування та особливу увагу звертати на рекомендований клас в'язкості. Проте при виборі слід враховувати й конкретні умови експлуатації цієї машини, адже виробник дає лише деякі" загальні усереднені" рекомендації (наприклад, іноді немає спеціальних рекомендацій для умов Крайньої Півночі). Якщо умови експлуатації вашої машини явно відрізняються від "середніх", при виборі сорту рідини рекомендується проконсультуватися і з постачальником устаткування, і з постачальником рідини.
Якщо в'язкість буде занадто високою, продуктивність насоса може виявитися недостатньою, щоб прокачати рідину при низькій температурі під час запуску. Якщо в'язкість занадто низька, при високих температурах стануться надмірно великі внутрішні витоки рідини й продуктивність насоса впаде, до того ж погіршає змазування компонентів (плівка розриватиметься), а також є небезпека виникнення в рідині руйнівної кавітації.
За останні декілька років на ринок поступили гідравлічні рідини з високим індексом в'язкості (HVI) і високим опором зрушення. Сучасні рідини HVI мають дуже стабільні характеристики в широкому діапазоні температур, тому є хорошим вибором, особливо в нашому північному кліматі з великим діапазоном річних температур. Застосування рідини HVI дозволяє скоротити асортимент вживаних гідравлічних рідин в машинному парку, так, наприклад, рідина HVI класу в'язкості ISO 46 може замістити рідини п'яти класів в'язкості ISO VG: от 15 до 68. Також є розробки гідравлічних рідин з надвисоким індексом в'язкості (понад 300), що забезпечує перекриття широкого температурного діапазону рідиною класу ISO 32. Такі рідини знаходять своє поширення в застосуванні на кар'єрній техніці, де об'єми заправки дуже великі та застосування" сезонної гідравліки" неекономічне.
Підбір за ціною, якістю і режимом роботи. Рідини для гідросистем повинні підбиратися також залежно від можливостей покупця за ціною. Навіть у ведучих виробників "однотипні" гідравлічні рідини одного класу можуть розрізнятися за ціною до 30%, зокрема, через відмінності у складі пакету присадок.
Для гідравлічних систем сучасних машин зі складним гідравлічним устаткуванням, працюючим в напружених режимах, потрібно нові високоякісні сорти рідин. Рекомендується використовувати високосортні рідини, в основному імпортних марок. Деякі експерти висловлюють думку, що у вітчизняних рідин, в основі яких вітчизняна сировина, попри заявлений такий же, як в імпортних, клас, термін експлуатації значно нижчий.
Проте високосортні імпортні рідини коштують досить дорого. Тому, якщо передбачуваний режим експлуатації машини не є напруженим (машина працює не постійно, періодично, на режимах неповного навантаження), можна використовувати рідину класу нижче переважного, якщо це допускається виробником устаткування. Усі провідні виробники гідравлічних рідин пропонують повні лінійки продуктів з різним співвідношенням ціна-режим експлуатації, з яких можна підібрати продукт, оптимальний для конкретних завдань і умов експлуатації.
Висновок. Рекомендується вибирати гідравлічну рідину, "офіційно схвалену" виробником устаткування, тобто що повністю відповідає вимогам, вказаним в сервісній документації. При цьому за кожним позначенням галузевого стандарту або схвалення виробника техніки, нанесеним на ємності з гідравлічною рідиною, ховається конкретна програма випробувань, що дозволяє передбачити поведінку цієї рідини в реальних умовах експлуатації.
Провідні виробники гідравлічних рідин проводили порівняльні випробування новітніх рідин преміум-класу і традиційних рідин з присадками протизносу, що давно випускалися, рекомендованих виробниками різного спеціального устаткування. Випробування показали, що при використанні новітніх гідравлічних рідин не лише захищаються від зносу компоненти систем, але і досягається економія палива: зменшуються втрати на вході й виході з насоса (так звані насосні втрати й втрати тиску), в результаті збільшується к.к.д.
Окрім заявлених характеристик гідравлічної рідини споживачеві було б дуже цікаво знати, як зберігаються (чи змінюються) ці характеристики впродовж усього терміну експлуатації рідини. Наприклад, для експлуатації дуже важлива стійкість параметра "опір зрушенню": два сорти гідравлічної рідини можуть бути заявлені як що мають однаково високий опір зрушенню. Який з сортів вибрати? Адже не виключено, що у якоїсь з цих рідин опір зрушенню може впасти впродовж перших же 15-20 годин роботи. Якщо це станеться, в'язкість рідини може стати менше значення, допустимого для роботи гідронасоса, і темп його зносу зросте. На жаль, украй складно отримати від постачальника достовірні відомості по стійкості характеристик продукту.
Попри те, що рідини для автоматичних трансмісій і інші "придатні для роботи в гідросистемах" широко застосовуються в гідроустаткуванні, серед фахівців галузі немає єдиної думки, чи може бути досягнута при застосуванні цих олій така ж продуктивність гідросистеми, як при використанні сучасних спеціально розроблених гідравлічних рідин, призначених для роботи при підвищених температурі й тиску, продуктивності гідронасосів, що збільшилася, і в умовах об'ємів гідросистем, гідробаків (через що скорочується час на деаерацію - виділення з рідини повітря і води), що зменшилися.
Авторові трапляється сумнівною нагода використання вищевказаних "замінників" замість спеціалізованих гідравлічних рідин. Неспеціалізовані олії не містять необхідних присадок, температурний робочий діапазон у них, як правило, менше, вони не мають необхідної стійкості до негативних дій в процесі роботи, їх використання напевно завдасть шкоди компонентам гідросистеми й скоротить термін їх служби. Особливо не рекомендується використовувати в гідросистемах малов'язкі індустріальні (тобто "веретенні") олії, які мають високу здатність поглинати вологу з повітря і не містять необхідних присадок.
Втім, низка виробників позашляхової техніки допускає використання неспеціалізованих рідин в гідросистемах.
Автор виражає вдячність за допомогу в підготовці статті Службі технічної підтримки концерну Shell, Службі технічної підтримки Castrol/BP, компанії ТОВ" Равенол Руссланд".
Класифікація за ISO 3448 поширюється на гідравлічні й індустріальні рідини та грунтована на в'язкості й наявності присадок. В'язкість поділяється на 18 категорій. Номер категорії (від 2 до 1500) відповідає значенню кінематичної в'язкості при 40 °C в мм2/с (сСт) з допуском 10% від номінального значення в кожній категорії.
Типові для гідравлічних рідин категорії вказані в таблиці. Найчастіше в гідросистемах застосовують рідини з показником в'язкості 32; 46 і 68.
Гідравлічні олії також кваліфіковані стандартом ISO 6074 за експлуатаційними властивостями. Згідно з цим стандартом олії з мінеральної сировини, використовувані в гідросистемах, об'єднані в групу Н, яка своєю чергою підрозділяється на чотири категорії залежно від складу олій і основної сфери їх застосування:
HH - олії мінеральні без присадок;
HL - олії мінеральні з антиокисними та антикорозійними присадками;
HM - олії типу HL з присадками протизносу;
HV - олії типу HM з поліпшеними в'язкісно-температурними властивостями.
Відповідно до ДЕСТ 17479.3-85 («Олії гідравлічні. Класифікація і позначення"), аналогічно стандарту ISO 3448, гідравлічні олії за значенням в'язкість при 40 °С поділяються на 10 класів (див. таблицю). Позначення вітчизняних гідравлічних олій складається з трьох груп індексів: літери "МГ" (мінеральне гідравлічне); цифр, що характеризують клас кінематичної в'язкості, і літери, що характеризує приналежність до однієї з трьох груп за експлуатаційними властивостями(А, Б, В).
Залежно від експлуатаційних властивостей і складу (наявність відповідних функціональних присадок) гідравлічні олії ділять на групи А, Б та В.
Група А (НН за ISO) - нафтові олії без присадок, вживані в малонавантажених гідросистемах з шестерінчастими або поршневими насосами, працюючими при тиску до 15 МПа і температурі олії в об'ємі до 80 °С.
Група Б (HL за ISO) - олії з антиокисними та антикорозійними присадками для середньо напружених гідросистем з різними насосами, працюючими при тиску до 2,5 МПа і температурі олії в об'ємі понад 80 °С.
Група В (HM за ISO) - добре очищені олії з антиокисними, антикорозійними й проти зносу присадками. Призначені для гідросистем, працюючих при тиску понад 25 МПа і температурі олії в об'ємі понад 90 °С.
Класи в'язкості гідравлічних олій за ISO VG
| Клас в'язкості | Кінематична в'язкість при 40 С, мм2/c |
| 5 | 4,14-5,06 |
| 7 | 6,12-7,48 |
| 10 | 9,00-11,00 |
| 15 | 13,50-16,50 |
| 22 | 19,80-24,20 |
| 32 | 28,80-35,20 |
| 46 | 41,40-50,60 |
| 68 | 61,20-74,80 |
| 100 | 90,00-110,00 |
| 150 | 135,00-165,00 |
У олії усіх вказаних груп можуть бути введені згущувальні (в'язкісні) і антипінні присадки.
Згущені в'язкісними полімерними присадками гідравлічні рідини відповідають групі HV за ISO 6743/4.
За в'язкісними властивостями гідравлічні олії умовно діляться на:
малов'язкі - класи в'язкості з 5 по 15;
середньо в'язкі - класи в'язкості 22 і 32;
в'язкі - класи в'язкості з 46 по 150.
За класифікацією API (Американський нафтовий інститут) велика частина сучасних гідравлічних рідин відноситься до Group II та Group III. Рідини Group III мають відмінні антиокислювальні властивості й добре зберігають в'язкість при зміні температури.