Рабочие жидкости гидроприводов

Рабочая жидкость объединяет все преобразующие устройства

гидроприводов и является одним из основных его элементов, выполняющим многосторонние функции по передаче энергии, смазке трущихся деталей, т. е. обеспечению работоспособности и надежности работы гидропривода.

При выборе рабочей жидкости учитывается комплекс исходных показателей: диапазон и перепад рабочих давлений, температур и скоростей потока, характеристики применяемых материалов, возможность очистки и смены жидкости, ее стоимость и др. 76

Рабочая жидкость в гидроприводе горных машин находится под воздействием изменяющихся в широких пределах давлений, температур и скоростей. Например, давление жидкости в гидроприводе механизированных крепей достигает 60 МПа и более, а скорость движения в отдельных элементах 1200 м/С.

Интервал температур, в которых обычно работает гидропривод подземных горных машин, от 10 до 90° С, а гидропривод машин для открытых работ часто работает в условиях низких температур. Кроме того, рабочая жидкость гидропривода находится в условиях большой запыленности и повышенной влажности атмосферы. Для обеспечения нормальной работы гидропривода к рабочей жидкости предъявляются следующие требования:

1) хорошие смазочные и устойчивые антикоррозионные свойства с учетом материалов опор и уплотнений гидропривода;

2) инертность по отношению к используемым в гидроприводе материалам, включая металлы, краски, пластмассы и эластичные материалы, и хорошие защитные свойства для защиты материалов от коррозии после слива жидкости;

3) совместимость вязкости жидкости с уплотнительными средствами и зазорами;

4) малое изменение вязкости в широком диапазоне температур и давлений;

5) достаточно широкий диапазон рабочих температур;

6) большой срок службы, устойчивость против окисления, поглощения влаги и воздуха;

7) малая склонность к вспениванию;

8) высокая температура вспышки — огнестойкость и пожароопаcность

9) безопасность в обращении, т. е. жидкость не должна быть токсичной, особенно в распыленном состоянии и при разложении;

10) хорошая теплопроводность и малая удельная теплоемкость;

11) отсутствие расслаивания или разложения на отдельные фракции при длительном хранении;

12) низкая стоимость и недефицитность;

13) стабильность свойств при эксплуатации и хранении. Существенное значение при выборе жидкости имеет ее плотность, вязкость и сжимаемость (см. гл. 1).

Плотность жидкости оказывает большое влияние на вёличину давления в гидросистеме, так как только при определенном перепаде давления возможен поток жидкости через конструктивные каналы гидравлических устройств. Чем больше плотность рабочей жидкости, тем больше давления затрачивается на ускорение и торможение потока, при этом нет полезной работы в исполнительном механизме. Для рабочей жидкости с более высокой плотностью необходимо, при прочих равных условиях, для передачи данной энергии потока применять элементы с большим проходным сечением и, наоборот, для жидкости с меньшей плотностью — элементы с очень небольшими зазорами. Создание элементов с малыми зазорами связано с большими трудностями и требует очень тонкой очистки рабочей жидкости. Исходя из этого в гидроприводах рекомендуется применять рабочие жидкости плотностью (7-10) · 10² кг/м².

Рис. 44. Зависимость вязкости ѵ масел и температуры:

1- Индустриальное; 2- Машинное

Вязкость является важнейшей характеристикой жидкости любого назначения и для большей части жидкостей зависит от температуры и давления. Чем больше скорость перемещения исполнительного механизма и чем меньше рабочее давление, тем вязкость жидкости должна быть меньше, так как при большой скорости потока имеют место большие потери давления. При малой скорости перемещения исполнительного механизма и при больших давлениях следует применять более вязкие жидкости, так как с уменьшением вязкости увеличивается величина утечек. Вязкость обычно значительно ограничивает диапазон рабочих температур гидросистемы. Для гидропривода горных машин рекомендуются жидкости, вязкость которых находится в пределах 0,1-0,45 Ст, или (1—45)·10^-4 м²/с.

Сжимаемость жидкости зависит от давления и температуры, однако основное значение имеет температура. Следствием сжимаемости жидкости является запаздывание срабатывания гидравлических механизмов, т. е. снижение их быстродействия. Большое влияние на сжимаемость жидкости оказывает растворенный воздух. Обычно жидкость при комнатной температуре и в состоянии равновесия с окружающей средой содержит по объему от 5 до 15 °6 растворенного воздуха. С увеличением давления количество растворенного воздуха пропорционально возрастает. Растворенный воздух увеличивает сжимаемость жидкости и является причиной возникновения кавитации и пульсации давления, что приводит к снижению срока службы гидравлических устройств.

Подобрать жидкость, полностью отвечающую предъявляемым требованиям, практически трудно. Выбор жидкости следует производить в соответствии с конкретными условиями работы и рекомендациями завода-изготовителя.

В качестве рабочей жидкости для гидропривода горных машин широко используются минеральные масла нефтяного происхождения, которые изготовляются в большом ассортименте. Кислотное число, входящее в характеристику масла, служит мерой установления сроков смены масла.

В гидроприводе механизированных крепей, где циркулируют большие объемы жидкости, применяются водомасляные эмульсии, содержащие 1—5 % специальной присадки, придающей эмульсии антикоррозийные и смазочные свойства. Эмульсии являются негорючими, маловязкими и дешевыми рабочими жидкостями и имеют основные физические свойства (плотность, вязкость, сжимаемость), близкие к свойствам воды. Из отечественных водных эмульсий наиболее эффективными являются эмульсии на основе присадок Аквол-З, ВНИИНП-117, 59-Ц, Укринол.

Технические характеристики некоторых рабочих жидкостей гидроприводов приведены в табл. 3.

В практических расчетах рекомендуется принимать для минеральных масел в диапазоне используемых давлений и температуры 40° С модуль упругости Е = 1700 МПа. Для водной эмульсии при 20° С в пределах рабочих давлений Е = 2050 МПа.

Зависимость вязкости минеральных масел от температуры приведена на рис. 44. Температура существенно влияет на вязкость масла.