Гидравлические жидкости, масляный бак и гидравлический фильтр

Гидравлические жидкости

Гидравлические жидкости передают давление и поток к потребителю и приводят в действие цилиндры и гидромоторы.

Требования к гидравлическим жидкостям

К гидравлическим жидкостям предъявляются следующие требования:

Хорошие смазывающие свойства
Выдерживать высокое давление
Устойчивость к коррозии
Высокая стойкость к старению
Защита от износа
Растворение различных загрязнений
Транспортировка механических загрязнений
Выдерживать высокие температуры
Не разрушать различные уплотнители

Тип НLР (DIN 51524-2; UТТО-масла). В данные минеральные масла, кроме присадок масел типа НL, добавляются присадки для увеличения их нагрузочной способности и снижения механического износа системы. Они используются при температурах масла от -20° С до 90° С.

Тип НLРD (DIN 51524-2). В данные минеральные масла, кроме присадок масел типа НLР, добавляются присадки для растворения налётов и загрязнений (дисперсные) и транспортировки мусора (детергентные). Вышеназванные присадки обозначается как DD- присадки. С помощью DD присадок нерастворимые в масле частицы грязи, вода, продукты износа и другие загрязнения распределяются в масле и поддерживаются во взвешенном состоянии. Плавающие в масле частицы грязи транспортируются к фильтру, где они задерживаются в фильтрующих элементах. Данный процесс позволяет уменьшить количество налёта на элементах гидравлической системы. НLPD-масла используются при температурах масла от -30°С до 120°С.

Тип НVLР (DIN 51524-3). Минеральные масла данного типа имеют такие же присадки, как и масла типа НLР. Дополнительно они содержат присадки для стабилизирования вязкости масла при различных температурах. Благодаря этому они имеют преимущество при очень низких и очень высоких температурах, а особенно подходят для гидравлических установок, работающих при больших колебаниях температуры. Масла типа НVLР могут использоваться в температурном диапазоне от-35 °С до 120°С.

Классификация гидравлических жидкостей

Различают гидравлические жидкости:

на базе минеральных масел
трудновоспламеняющиеся для высоких давлений
биологически разлагаемые
со специальными функциями

Гидравлические масла на базе минеральных масел

Данные гидравлические масла легко-воспламеняющиеся, поэтому их нельзя использовать при высокой вероятности возгорания.

Стандартизованы следующие типы:

Тип Н (DIN 51517). Масла состоят из базовых масел без присадок (= активное вспомогательное вещество). В современных гидравлических системах такие масла практически не применяются, так как не выдерживают больших давлений.
Тип НL (DIN 51524-1). К этим минеральным маслам добавляются специальные присадки для улучшения коррозионной стойкости и уменьшения старения. Они используются для рабочих давлений около 200 бар.

Свойства гидравлических жидкостей

Различные гидросистемы требуют различных свойств гидравлических жидкостей, выбор которых должен полностью соответствовать всем параметрам системы.

Вязкость

Она является мерой текучести гидравлической жидкости и соответствует внутреннему трению. Существуют различные виды текучести: низкотекучие гидравлические жидкости, обладающие высокой вязкостью, и легкотекучие, напротив, имеющие низкую вязкость.

Вязкость дает только информацию о текучести жидкости при определенной температуре. Она не является показателем качества жидкости.

Взаимосвязь вязкости и температуры

На рис.2 изображена диаграмма вязкости пяти распространенных гидравлических масел согласно ISO- классификации, которая показывает изменение вязкости при изменении температуры.

Например, в классе VG 46: при О °С масло имеет вязкость 600 мм2/с; при 40 °С его вязкость составляет 50 мм2/с, а при 100 °С вязкость всего 7 мм2/с. Это означает, что ISO-VG-46-масло при высоких температурах очень жидкое. На рис. 2 для сравнения красной линией показана характеристика гидрожидкости, которая используется в авиации. Её изменение вязкости гораздо меньше, чем у других гидравлических масел

Гидравлические жидкости должны быть совместимыми и нейтральными со всеми материалами (прокладки, металлы, шланги), с которыми они вступают в контакт.

Совместимость с другими материалами

Гидравлические жидкости должны:

отводить тепло к радиатору
снижать трение между деталями
вымывать продукты износа
защищать прокладки от высыхания и так далее.

Смешивание

Смешивание минеральных масел. Минеральные масла, созданные на основе одних и тех же базовых масел и с присадками одного производителя, можно смешивать. При смешивании масел разных производителей может возникнуть химическая реакция, которая приведёт к сбоям в работе или к полному выходу из строя гидравлической системы.

В результате таких химических реакций образуется большое количество шлака, который оседает на дне масляного бака или в фильтре, соответственно, их приходится чаще менять.

Смешивание биомасел. Как правило, производители биомасла не рекомендуют их смешивать.

Смешивание минеральных масел с биологическими жидкостями

ПРИМЕЧАНИЕ

Минеральные масла и биологически разлагаемые масла нельзя смешивать!

Замена минерального масла на биологическое. При замене масла в машине, н-р, с минерального на биологическое, необходимо соблюдать правила ЮМА 24569 и ЭМ 130 15380. определяющие остаточную долю минерального масла не более 2%. Несоблюдение этих правил приводит к коррозии компонентов машины, пенообразованию и быстрому износу масляного насоса.

Поскольку биоразлагаемые масла растворяют, вымывают отложения минеральных масел и транспортируют их к фильтру, необходимо после замены масла поменять фильтр через 50 часов работы.

Масляный бак

Функции:

содержать необходимый запас масла
сепарировать воздушные пузырьки из масла
откладывать загрязнения
отделять водяной конденсат
охлаждать
успокаивать поток масла
отстаивать пену
как ёмкость для некоторых компонентов

Содержать необходимый запас масла. В масляном баке должно содержаться необходимое количество масла для обеспечения работоспособности насоса, т.е. для бесперебойной подачи масла на всасывающий трубопровод при выдвинутых гидроцилиндрах.

В мобильных установках объем масляного бака должен соответствовать минимальному количеству масла,

необходимому для работы насоса в течение 1 минуты. Производительность насоса Q = 100 л/мин означает, что объем бака должен быть минимум 100 л.

Фактический объем резервуара зависит от уровня масла. Например, если все цилиндры выдвинуты, то должно

оставаться минимум 15% объема масла.

Сепарация воздушных пузырьков. Воздушные пузырьки в масле появляются, если на всасывающем трубопроводе масляного насоса или в точке подключения дросселя возникает разряжение. Кроме того, пузырьки являются результатом образования пены при обратном сливе в бак.

Благодаря большой площади поверхности масла и длительного времени перемешивания его в резервуаре, происходит сепарация воздуха из масла.

Отложение загрязнений. Мельчайшие частицы грязи и продукты старения не отфильтровываются, проходя через фильтр с потоком масла. Они оседают на дне бака, если масло достаточно долго стоит, прежде чем начнётся процесс всасывания.

Поэтому при замене масла, прежде чем залить новое, необходимо очистить масляный бак. и удалить отложения.

Сепарация конденсата воды. Через сапун воздух поступает из окружающей среды в содержащий влагу масляный бак, где в результате температурных колебаний образуется конденсат. Поскольку вода тяжелее масла, она скапливается на дне резервуара. При сливе старого масла конденсат тоже удаляется из бака.

Отвод тепла. Потери мощности в гидравлических установках нагревают масло, например: потери давления на дросселях, при прохождении через управляющие клапаны или другие узкие места. Часть этого тепла рассеивается через поверхность масла в баке и его стенки, соответственно, снаружи резервуар должен быть чистым, чтобы ничего не мешало теплоотдаче и охлаждению масла.

Успокоение потока масла. С помощью разделительных стенок бака поток масла успокаивается, и ускоряется процесс выхода пузырьков воздуха из масла.

Удаление пены. Влага и газы в масле приводят к появлению пены. Если масло долгое время находится в баке, пена постепенно исчезает, при этом снижается опасность всасывания насосом пенистого масла.

Гидравлические масляные фильтры

Компоненты масляного бака. В масляных баках обычно установлен индикатор уровня масла (рис. 1), также имеются электрические разъемы для датчиков контроля уровня.

Кроме того встраиваются: фильтр обратного слива, фильтр на всасывание, сапун, фильтр для залива масла, болт для слива масла и крышка для очистки масляного бака. Болт для слива масла обычно имеет встроенный магнит, на котором собираются металлические опилки и продукты износа гидросистемы.

Для подключения насоса необходимы специальные разъемы,

уровне масла в баке было достаточное количество масла для работы насоса.

Наличие большого отверстия облегчает очистку масляного бака.

Заполнение масляного бака

Пустой и очищенный масляный бак заполняется маслом, тип которого выбирается согласно инструкции машины или по рекомендации производителя гидросистемы.

Часто при заполнении бака, например, с помощью насадки для дрели, непосредственно из 200-литровой бочки, вместе с маслом перекачивается грязь (часто бочки недостаточно очищены) прямо в масляный бак.

Чтобы в масляный бак попадало только очищенное масло, используется специальный фильтр для залива масла.

Создание избыточного давления в масляном баке

Для уменьшения эффекта кавитации, чтобы гидронасос закачивал чистое масло, в масляном баке создается небольшое избыточное давление примерно 0,5 атмосферы.

Избыточное давление создается за счёт:

Колебания уровня масла. При снижении уровня масла воздух засасывается через специальный обратный клапан. При увеличении уровня масла воздух сжимается, и тем самым создается давление, которое ограничивается специальным клапаном на величину 0,5 бар.

Системы подачи сжатого воздуха, где клапан ограничения давления ограничивает его на 0,5 бар.

Избыточное давление в масляном баке снижает образование пены.

Влияние загрязнений

Частицы загрязнений в гидравлическом масле могут вызвать износ подвижных деталей, в частности, острых кромок клапанов. На (рис. 3) показан ущерб нанесённый загрязнениями.

Представленный на рисунке механический износ может привести к подтеканиям и утечке масла. Крупные частицы грязи могут вызвать, например, у поршневых насосов или клапанов внезапное заклинивание или полную блокировку. Плотные клапаны не могут обеспечить герметичность.

Возникновение загрязнений

Частицы грязи попадают в гидросистему (рис. 1):

через загрязнения при производстве компонентов
через загрязнения при сборке машины на заводе- изготовителе
вследствие механического износа
за счёт воздухообмена через сапун в масляном баке
вследствие ремонта, например, при замене трубок, клапанов или шлангов
в результате разрушения уплотнений, н-р, на поршнях цилиндров
при замене масла (200-литровые бочки редко подвергаются чистке, поэтому масло содержит частицы грязи)

Степень загрязнения

Различают:

Степень загрязнения согласно ISO 4406
Степень загрязнения согласно NAS 1638

Степень загрязнения в соответствии с ISO 4406. В ISO 4406 классифицируются степени загрязнения смазочных и гидравлических жидкостей. Для этого подсчитывается количество твердых частиц, содержащихся в 100 мл жидкости. Твердые частицы подразделяются в зависимости от их размера.

Требования чистоты масла

Данные расчитаны на гидравлические системы до 160 бар. Если рабочее давление выше, то класс чистоты должен быть поднят на одну ступень, т.к. при более высоком давлении увеличивается скорость потока жидкости, что приводит к эффекту наждака.

Классификация фильтров

Фильтры подразделяются на:

Фильтр на всасывание
Фильтр на сливе
Фильтр на линии давления
Фильтр для вентиляции бака
Фильтр всасывания в обратной линии

Фильтры на всасывание. Они устанавливаются в линию между масляным баком и насосом. Защищают насос от грубых загрязнений. Из-за опасности эффекта кавитации насоса можно использовать только грубые фильтры с минимальным размером ячеек 25 мкм.

Фильтр в линии слива. Такие фильтры устанавливаются в линии обратного слива перед масляным баком или внутри него. Таким образом очищается весь поток масла, попадающий в масляный бак.

Фильтр в линии давления. Они встраиваются после гидравлического насоса (рис.1), часто оснащены датчиком загрязнения. Фильтры в линии давления предназначены для защиты компонентов системы, особенно чувствительных к загрязнению, н-р, сервоклапаны. Эти фильтры должны выдерживать максимальное рабочее давление в системе, а также возможные пики давления.

Фильтры вентиляции масляного бака очищают поступающий воздух, если меняется уровень жидкости в баке. Вместе с поступающим воздухом из окружающей среды в масляный бак попадают загрязняющие частицы. Фильтр для вентиляции, оснащенный двойным обратным клапаном, уменьшает воздухообмен в масляном баке и снижает загрязненность масла. В то же время жидкость в баке находится под давлением, поэтому разряжение в линии всасывания будет меньше.

Фильтры на всасывание и обратный слив. Они устанавливаются в линии обратного слива и имеют специальное подключение к линии всасывания насоса. Благодаря такому комбинированному фильтру, насос подпитки гидропривода обеспечивается очищенным маслом с небольшим избыточным давлением 0,5 бар (рис. 3). При этом снижается опасность кавитации. Для поддержания избыточного давления 0,5 бар. поток масла из фильтра должен превышать поток всасывания насоса минимум на 10%.

Устройство фильтрующего элемента

Он состоит из звездообразного, сложенного гармошкой фильтрующего элемента, который расположен вокруг опорной трубы. Благодаря специальному 1)-образному профилю, фильтрующий элемент спаривается при помощи ультразвука.Чувствительный фильтрующий материал наружним пластиковым корпусом с верними и нижними крышками.

Принципы фильтрования

Различают:

Поверхностное фильтрование
Глубокое фильтрование

Поверхностное фильтрование. При этом загрязнения остаются на поверхности фильтра, а мелкие частицы, проникшие через фильтр проходят насквозь. Поверхность фильтра состоит из тонких слоёв тканей: металл, пластик, целлюлоза или бумага.

Глубокое фильтрование происходит преимущественно через стекловолокно. При этом частицы грязи попадают внутрь фильтрующего элемента и застревают между волокнами.

Фильтры тонкой очистки

Таблица показывает уровень очистки в зависимости от выбранного материала фильтра. Расчет допустимых перепадов давления ^p=р на входе-р на выходе из фильтра. Превышение допустимых перепадов давления приводит к разрушению фильтроэлемента.