Общие требования и свойства

    Рабочие жидкости для гидравлических систем  разделяют на минеральные и синтетические. По назначению их делят в соответствии с областью применения:

- для летательных аппаратов и наземной мобильной техники;

- для гидротормозных и амортизационных устройств различных машин;

- для гидроприводов, гидропередач и масляных циркуляционных систем различных агрегатов, машин и механизмов.

  Основная функция рабочих жидкостей для гидравлических систем – передача механической энергии от ее источника к месту использования с изменением значения приложенной силы.

Гидравлический привод не может действовать без жидкой рабочей среды, являющейся необходимым конструктивным элементом любой гидравлической системы. В постоянном совершенствовании конструкций гидроприводов отмечаются следующие тенденции:

- повышение рабочих давлений и связанное с этим расширение верхних температурных пределов эксплуатации рабочих жидкостей;

-уменьшение общей массы привода или увеличение отношения передаваемой мощности к массе, что обуславливает более интенсивную эксплуатацию рабочей жидкости;

- уменьшение рабочих зазоров между деталями рабочего органа (выходной и приемной полостей гидросистемы), что ужесточает требование к чистоте рабочей жидкости (или ее фильтруемости при наличии фильтров в гидросистеме). С целью удовлетворения требований, продиктованных указан-ными тенденциями развития гидроприводов, современные рабочие жидкости для них должны иметь определенные характеристики:

   -обладать оптимальным уровнем вязкости и хорошими вязкостно-температурными свойствами в широком интервале температур, т.е. высоким индексом вязкости;

   -отличаться высоким антиокислительным потенциалом, а также термической и химической стабильностью, обеспечивающими длительную бессменную работу жидкости в гидросистеме;

    -защищать детали гидропривода от коррозии;

 -обладать хорошей фильтруемостью;

   -иметь необходимые деаэрирующие, деэмульгирующие и антипенные свойства;

   -предохранять детали гидросистемы от износа;

   -быть совместимыми с материалами деталей гидросистемы.

   Большинство массовых гидрожидкостей вырабатывают на основе хорошо очищенных базовых масел, получаемых из рядовых нефтяных фракций с использованием современных технологических процессов экстракционной и гидрокаталитической очистки.

    Физико-химические и эксплуатационные свойства современных гидравлических масел значительно улучшаются при введении в них функциональных присадок – антиокислительных, противоизносных, антипенных и др.

       Вязкостные и низкотемпературные свойства определяют температурный диапазон эксплуатации гидросистем и оказывают решающее влияние на выходные характеристики гидропривода. При выборе вязкости гидравлического масла нужно знать тип насоса. Изготовители, как правило, рекомендуют для него масла определенной вязкости: максимальной, ми-нимальной и оптимальной.

    Если вязкость опускается ниже допустимой, то растут объемные потери (утечки) в насосе и клапанах, соответственно падает мощность и ухудшаются условия смазывания. Пониженная вязкость гидравлического масла вызывает наиболее интенсивное проявление усталостных видов изнашивания контактирующих деталей гидросистемы.

    Повышенная вязкость значительно увеличивает механические потери привода, затрудняет относительное перемещение деталей насоса и клапанов, делает невозможной работу гидросистемы в условиях пониженных температур.

 Вязкость масла непосредственно связана с температурой кипения масляной фракции, с ее средней молекулярной массой, с групповым химическим составом и строением углеводородов. Указанными факторами определяется абсолютная вязкость масла, а также его вязкостно-температурные свойства, т.е. изменение вязкости при изменении температуры. Последнее характеризуется индексом вязкости масел.

  Для улучшения вязкостно-температурных свойств применяются вязкостные (загущающие) присадки – полимерные соединения. В составе товарных гидравлических масел в качестве загущающих присадок используют полиметакрилаты, полиизобутилены и продукты полимеризации винил-бутилового эфира (винипола).

   В частности, в качестве вязкостной присадки к гидрожидкости АМГ-10, широко используемой в авиации, применяют поливинилалкиловые эфиры.       Последние получают катионной полимеризацией простых виниловых эфиров в присутствии катализаторов Фриделя – Крафтса или Циглера – Натта. Полимеры винилбутилового эфира (виниполы) выпускаются двух марок: ВБ-2 и ВБ-3, которые различаются молекулярной массой:

                ••• - СН₂ - СН - •••

                                   │

                                   О – С₄Н₉

  Виниполы ВБ-2 и ВБ-3 с молекулярной массой 6 000 – 12 000 применяются в гидротормозных и гидравлических жидкостях. Винипол не только повышает вязкость и индекс вязкости масел, но и улучшает их смазывающие свойства, однако он недостаточно устойчив к механической и термоокислительной деструкции.

  Антиокислительная и химическая стабильности характеризуют стойкость масла к окислению в процессе эксплуатации под воздействием температуры, усиленного барботажа масла воздухом при работе насоса. Окисление масла приводит к изменению вязкости (как правило повышению) и накоплению в нем продуктов окисления, образующих осадки и лаковые отложения на поверхности деталей гидросистемы, что затрудняет ее работу.

      В гидросистемах машин и механизмов обычно присутствуют детали из разных металлов, разных марок сталей, алюминия, бронзы, которые могут подвергаться коррозионно-химическому изнашиванию. Коррозия металлов может быть электрохимической, возникающей обычно в присутствии воды, и химической, протекающей под воздействием химически агрессивных сред (кислых соединений, образующихся при окислении масла) и под действием химически активных продуктов расщепления присадок при повышенных контактных температурах поверхностей трения. Устранению коррозии металлов способствуют вводимые в масла присадки – ингибиторы окисления, препятствующие образованию кислых соединений и специальные антикоррозийные добавки.

   Стремление к улучшению противоизносных свойств гидравлических масел вызвано включением в новые конструкции гидравлических систем интенсифицированных гидравлических насосов. Наиболее распространенные в качестве присадок, обеспечивающие достаточный уровень противоизносных свойств гидромасел получили диалкилдитиофосфаты металлов (в основном цинка) или беззольные (аминовые соли и сложные эфиры дитиофосфорной кислоты).

    К гидравлическим маслам предъявляют достаточно жесткие требования по нейтральности их по отношению к длительно контактирующим с ними металлам. Учитывая, что рабочие температуры масла в современных гидропередачах достаточно высоки и резиновые уплотнения могут быстро разрушаться, в гидравлических маслах недопустима высокая концентрация ароматических углеводородов, проявляющих наибольшую агрессивность по отношению к резинам. Содержание ароматических углеводородов характеризуется показателем «анилиновая точка» базового масла.

      При работе циркулирующих гидравлических масел недопустимо пенообразование. Оно нарушает подачу масла к узлу трения и, насыщая масло воздухом, интенсифицирует его окисление, ухудшая отвод тепла от рабочих поверхностей, вызывает кавитационные повреждения деталей, перегрев гидропривода и его преждевременный износ. Для обеспечения хороших антипенных свойств масла преимущественное значение имеет полнота удаления из базовых масел поверхностно активных смолистых веществ. Чтобы предотвратить образование пены или ускорить ее разрушение, в масло вводят антипенную присадку (например, полиметилсилоксан), которая снижает поверхностное натяжение на границе раздела жидкости и воздуха, что приводит к ускоренному разрушению пузырьков пены.

      В составе гидравлических масел крайне нежелательно присутствие механических примесей и воды.  Вследствие весьма малых зазоров рабочих пар гидросистем наличие загрязнений может привести не только к износу элементов гидрооборудования, но и к заклиниванию деталей. Для очистки рабочих жидкостей от загрязнений в гидросистемах применяют фильтры различных типов. Даже незначительное количество (0,05-0,1%) воды отрицательно влияет на работу гидросистемы. Вода, попадающая в гидросистему с маслом, или в процессе эксплуатации, ускоряют процесс окисления масел, вызывают гидролиз гидролитически компонентов масла (в частности присадок – солей металлов). Продукты гидролиза присадок вызывают электрохимическую коррозию металлов гидросистемы.

  В большинстве гидросистем самолетов гражданской авиации, введенных в эксплуатацию в 60-х – 70х гг. используется минеральное масло АМГ-10 (ГОСТ 6794-75) , работающее в интервале температур окружающей среды от минус 60 до +55°С. Оно вырабатывается на основе глубокоде-ароматизированной низкозастывающей фракции, получаемой из продуктов гидрокрекинга смеси парафинистых нефтей, состоящей из нафтеновых и изопарафиновых углеводородов. Содержит загущающую присадку винипол и антиокислительную присадку ионол, о которых было сказано выше, а также специальный отличительный краситель.

  Ее зарубежными аналогами являются гидрожидкости AeroShell Fluid 41 и Mobil Aero HF, и FH-51, которые выпускаются по MIL-H 5606.

Основные физико-химические свойства жидкости АМГ-10 приведены в табл. 6.

                                                                                                    Таблица 6.

Основные характеристики гидравлического масла АМГ-10 по ГОСТ 6794-75

Как было сказано выше, в современных типах самолетов применяются негорючие гидравлические жидкости, которые представляют собой синтетические продукты, изготовляющиеся на базе эфиров фосфорной кислоты. Так, отечественные негорючие жидкости НГЖ-4 и НГЖ-5у, производятся на основе дибутилфенилфосфата (ДБФФ), имеющего химическую формулу:

                        С₄Н₉ – О

                                      \

                      С₄Н₉ – О – Р =О

                                        /

                        С₆Н₅ - О      

  Зарубежные аналоги негорючих гидрожидкостей в своей основе также имеют сложные эфиры фосфорной кислоты различного строения. 

   Основные характеристики негорючих гидрожидкостей приведены в табл. 7.

                                                                                                          Таблица 7.