Характеристики рабочих жидкостей гидросистем

Рабочим телом в гидравлической передаче является жидкость, свойства которой определяют рабочий процесс передачи гидравлической энергии. Физические свойства рабочей жидкости характеризуются удельным весом, сжимаемостью, вязкостью. Кроме этих параметров для оценки жидкости как рабочего тела в гидропередачах необходимо учитывать ее стойкость к механическим воздействиям, химическую стойкость при высоких и низких температурах рабочего диапазона гидросистемы, смазывающие качества и стабильность смазывающих свойств, степень агрессивности к металлам и уплотнительным элементам конструкции, уровни пожроопастности и токсичности при воздействии на человека (самой жидкости и ее паров).

Рассмотрим свойства двух наиболее распространенных рабочих жидкостей: масла — АМГ-10 и жидкости 7-50С-3, применяемых в современных гидросистемах самолетов. Их плотности р (удельные веса γ) равны соответственно 833 кг/м³ (8163,94 Н/м³) и 921 кг/м³ (9031,92 Н/м³). Для сравнения плотность (удельный вес) воды составляет 999 кг/м³ (9796,84 Н/м³).

При нагреве гидравлическая жидкость расширяется, как и все жидкости, изменяя удельный вес и плотность. Уравнение Менделеева устанавливает связь между изменением температуры и массой единицы объема жидкости

^,

где— искомый удельный вес при заданной температуре t, — удельный вес при t = 15°С; — коэффициент объемного расширения (для гидрожидкостей = 0,0007).

Рис.10.1.Зависимости плотности рабочих жидкостей от температуры.

По графикам изменения плотностей масла АМГ-10 и рабочей жидкости 7-50С-3 в зависимости температуры (рис.10.1) можно определить увеличение объёма залитой в гидросистему жидкости и оценить изменение уровня жидкости в баке при нагреве. Расширение жидкости при нагреве необходимо учитывать в бaкe, когда она заперта в цилиндре гидравлическим краном, так как давление в замкнутой системе может превысить допустимые напряжения в трубопроводах и цилиндре и привести к их разрушению. Плотность гидрожидкости изменяется приблизительно на 7 % при изменении температуры на 100 °С.

Сжимаемость жидкости определяется объемным модулем упругости Е, который для гидрожидкостей находится в пределах от 1350 – 1750 МПа. Для воды при относительно небольших давлениях модуль упругости принят равным 1962 МПа. Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом относительного сжатия β

где V— объем жидкости; — изменение объема при изменении давления р.

Следовательно, коэффициент = 1 /Е.

Для принятых давлений в гидросистемах можно считать = 0,00007. Это означает, что при изменении давления на 10⁵Па(примерно 1ат) относительное изменение объема V/V= 0,00007. Поэтому во многих расчетах сжимаемостью жидкости можно пренебречь в виду ее малого значения.

Одно из важнейших свойств жидкости называется вязкостью. Вязкость — это способность жидкости сопротивляться скольжению ее слоев друг относительно друга при движении.

Сила трения, которая приходится на единицу поверхности соприкосновения двух скользящих слоев жидкости, при условии, что градиент скорости по нормали равен единице, называется коэффициентом динамической вязкости μ.

Отношение коэффициента динамической вязкости μ к плотности ρ называется коэффициентом кинематической вязкости ν. Величины ν, μ и ρ связаны между собой соотношением ν = μ/ρ.

Вязкость жидкости обусловлена силами молекулярного сцепления, которые с увеличением температуры уменьшаются, уменьшается при этом и вязкость (табл. 10.1).

Физико-механические, смазывающие и другие свойства минеральных масел и их смесей, применяемых в гидросистемах, ухудшаются в процессе эксплуатации вследствие их окисления при контакте с воздухом, эмульсирования и вспенивания при попадании в них воздуха и влаги. Это ухудшение свойств рабочих жидкостей проявляется в уменьшении их вязкости, загрязнении отложениями в виде смол, частичками металла, пыли и т.д. При этом наиболее эффективным способом продления эксплуатационных качеств жидкости является ее непрерывная и тщательная фильтрация с помощью периодически сменяемых фильтров очистки.

Кроме того, гидравлические жидкости растворяют газы, которые в дисперсном состоянии практически не оказывают механического воздействия на работу гидросистемы. Однако при уменьшении давления в какой-либо зоне растворенные газы выделяются в виде мелких пузырьков, объединяясь в более крупные и образуя газовые полости, которые ухудшают механические свойства гидросистемы. Разные газы обладают различной растворимостью в жидкостях, применяемых в гидросистемах. Так, растворимость воздуха составляет около 11 % от объема жидкости; азота — 13%; диоксида углерода(выхлопные газы) — 85 %.

Засорение жидкости воздухом ухудшает условия работы насосов и всей гидросистемы в целом, нарушает плавность движения гидроприводов, ухудшает смазку и вызывает коррозию деталей гидроагрегатов.

В дополнение к изложенным свойствам масла АМГ-10 и гидрожидкости 7-50С-3 приведем для них следующие технические данные. Масло АМГ-10 готовят загущением маловязкой нефтяной фракции. Оно содержит антиокислительную присадку; оно некоррозионно и нетоксично. Работоспособно масло при температуре от -60 до 125 °С в контакте с воздухом или азотом и кратковременно до 150°С только в контакте с техническим азотом. В качестве уплотнителей при работе с маслом используются резины из нитрильного каучука марок В-14, ИРП-1078, ИРП-1353. Жидкость АМГ-10 - однородная, прозрачная, красного цвета.

Рабочая жидкость 7-50С-3 представляет собой смесь синтетических продуктов — поликсилоксанов и органических эфиров. Содержит антиокислительную и противокоррозионную присадки. Она р аботает в диапазоне температур от -60 до 175°С в контакте с воздухом и техническим азотом и кратковременно до 200 °С в контакте с азотом. Жидкость малотоксична, имеет повышенное воздействие на медь, кадмиевые и фосфатные покрытия. Применяется с уплотнительной резиной марки ИРП-1353 и фторкаучуком ИРП-1287. Жидкость 7-50С-3 — прозрачная, цвет не регламентируется.