Hydraulika zajmuje się przenoszeniem sygnałów i energii poprzez ciecz roboczą. Prawidłowa
konstrukcja i eksploatacja układów hydraulicznych możliwa jest przy uwzględnieniu podstaw
hydromechaniki oraz własności cieczy przenoszącej energię. Aspekty te decydują zarówno o
konstrukcji elementów, jak i budowie układów napędu i sterowania hydraulicznego. Problemy te
ilustruje schemat:
1. WPROWADZENIE
Napędami ogólnie nazywa się urządzenia służące do przekazywania energii z generatora do
urządzenia zużytkowującego energię t j. odbiornika. W napędach hydraulicznych czynnikiem
przenoszącym energię jest ciecz robocza. W zależności od sposobu przenoszenia energii i jej
zużytkowania napędy hydrauliczne dzieli się na dwa rodzaje:
napędy hydrostatyczne, korzystające do przenoszenia energii z ciśnienia cieczy roboczej,
napędy hydrokinetyczne, korzystające do przenoszenia energii z ciśnienia dynamicznego
cieczy.
Podział ten w rzeczywistości nie jest ścisły, ponieważ w napędach hydrostatycznych
występuje również oddziaływanie energii kinetycznej cieczy. Udział procentowy tej energii jest
stosunkowo mały, można więc ją w zasadzie pominąć. W napędzie, gdzie oba czynniki, t j.
ciśnienie statyczne i ciśnienie dynamiczne, grają istotną rolę w przenoszeniu energii, od
generatora do odbiornika, mamy do czynienia z napędem hydraulicznym
.
1.1. Porównanie napędów hydraulicznych, mechanicznych i
elektrycznych
Porównanie tych rodzajów napędów w sposób ogólny przedstawia
tabela 1. 1.
Tabela 1.1.
1.1.1. Wady napędów hydrostatycznych
Względnie wysokie straty
Straty w układach hydraulicznych występują ze względu na tarcie cieczy oraz straty
wolumetryczne. Straty te warunkują obniżenie współczynnika sprawności.
Tarcie cieczy prowadzi do strat w rurociągach, zwężeniach i w szczelinach, które są
proporcjonalne do prędkości przepływu.
Strata wolumetryczna objętościowa występuje w szczelinach i uszczelnieniach z obszarów
wysokiego ciśnienia do obszarów z niższym ciśnieniem. Dlatego też wymaga się od
elementów napędu hydrostatycznego wysokiej dokładności obróbki oraz dobrej i właściwej
eksploatacji tych elementów.
Czułość na zanieczyszczenia
Układy pracujące przy wysokich ciśnieniach wymagają zapewnienia minimalnych szczelin,
luzów celem uzyskania wysokich spraw ności urządzeń, tym samym konieczne staje się
odpowiednie filtrowanie cieczy. Przy ciśnieniach do 16 MPa. zanieczyszczenia nie powinny
przekraczać 40 - 60 m, natomiast przy ciśnieniach 32 MPa wartości 5 - 10 m.
Zależność temperaturowa własności cieczy
Zmiany temperatury oddziaływają na zmiany lepkości cieczy, co prowadzi do zmian strat
wolumetrycznych, wydajności bądź prędkości obrotowych silników hydraulicznych.
Ściśliwość cieczy
Elastyczność słupa cieczy znajdującego się pod ciśnienie jest około 140 razy większa niż
identycznego słupa stalowego. Ściśliwość cieczy zwiększa się w dużej mierze ze wzrostem
zawartości powietrza w układzie. Powietrze w układzie pochodzić może od niewłaściwego
odpowietrzenia, zasysania powietrza z otoczenia bądź też z wydzielania powietrza z oleju, co
może nieć miejsce w przypadku np. kawitacji. Straty wolumetryczne i ściśliwość cieczy mogą
powodować trudności z synchronizacją napędów przy różnych ich obciążeniach.
1.1.2. Zalety napędów hydrostatycznych
Możliwość sterowania i regulacji
Możliwości sterowania i regulacji elementów w układach hydraulicznych są dobre.
Wielkościami sterowalnymi w układach hydraulicznych są natężenie przepływu i ciśnienie,
Obie wielkości steruje się poprzez odpowiednie elementy. Układy hydrauliczne nadają się
szczególnie tam, gdzie wymagane są odpowiednie stałe czasowe.
Prostota budowy elementów sterowania
Dzięki różnorodności sterowania wielkościami hydraulicznymi możliwe staje się
automatyzowanie procesów roboczych. Rodzaje sterowań przede wszystkim są zależne od
drogi, ciśnienia i czasu.
Możliwości budowy sztywnych i elastycznych napędów
Dobre możliwości sterowania i regulacji układów hydraulicznych pozwalają na budowę
napędów sztywnych ze źródłem stałej wydajności, jak również napędów elastycznych ze
źródłem stałego ciśnienia.
Możliwości przenoszenia energii
Przenoszenie energii hydraulicznej jest możliwe bez większych strat na średnie odległości.
Przenoszenie to odbywa się poprzez przewody sztywne lub elastyczne do stałych lub
ruchomych części maszyn. W tych przypadkach można mówić o tzw. kompleksowym oporze
przewodów. Analogicznie do elektroniki wprowadza się opór przewodów hydraulicznych
składający się z rezystancji, indukcji i pojemności, a więc:
elektrotechnika:
hydraulika:
gdzie: R –rezystancja, L – induktancja, C - kapacytancja
idt
C
1
dt
di
L
iR
u
Qdt
C
1
dt
dQ
L
QR
p
H
H
h
Stałe czasowe
Przyspieszenie silnika hydraulicznego jest określone stosunkiem momentu obrotowego
odniesionego do momentu bezwładności silnika hydraulicznego.
A więc:
[Nm/Nms
2
]
Wartość przyspieszenia silników hydraulicznych jest o 2 do 5 rzędów większa niż
odpowiadającego silnika elektrycznego
.
J
M
Mały stosunek ciężaru do mocy
Stosunek ciężaru do nocy silników i pomp wyporowych G/P jest o 1 do 2
rzędów mniejszy aniżeli dla maszyn elektrycznych.
Dla silników o mocy 9 kW porównanie przykładowo przedstawia się
następująco:
silnik elektryczny: G/P = 75 ÷150 N/kW
silnik hydrauliczny: G/P = 1,5 ÷ 15 N/kW
Stabilizacja temperatury
W przeciwieństwie do napędów mechanicznych i elektrycznych działanie
układu jest realizowane poprzez ciecz roboczą, Ciepło może zostać
odprowadzone poza urządzenie lub maszynę w wymienniku ciepła.
Nie przeciążalność układu hydraulicznego
Poprzez zastosowanie w układzie hydraulicznym zaworów maksymalnych,
zaworów bezpieczeństwa lub regulacji skoku zerowego pompy wyporowej
zapewnia się nie przeciążalność układu hydraulicznego.
2. CIECZE
HYDRAULICZNE
W układach hydraulicznych znajdują zastosowanie głównie dwa rodzaje cieczy roboczych. Do
najczęściej spotykanych należą oleje mineralne, a rzadziej tylko w szczególnych przypadkach
stosowane są ciecze trudno palne.
Oleje mineralne
Właściwości olejów mineralnych zależą istotnie od ich budowy chemicznej, jak również od sposobu
ich rafinacji. Do poprawienia właściwości często stosuje się dodatki uszlachetniające. Dodatki te
prowadzić mogą do zmian
w zależności lepkości cieczy od temperatury, zwiększenia okresu starzenia, poprawy
antykorozyjności,
zdolności smarnych, zdolności do pienienia bądź obniżenia punktu zamarzania.
Ciecze robocze na bazie olejów mineralnych dzieli się na trzy zasadnicze grupy;
I grupa: ciecze bez dodatków uszlachetniających,
II grupa: ciecze z dodatkami uszlachetniającymi poprawiającymi antykorozyjność i odporność na
starzenie się,
III grupa: ciecze z dodatkami uszlachetniającymi, poprawiającymi antykorozyjność i odporność na
starzenie
się oraz posiadające dodatkowo zdolności smarne.
Ciecze robocze trudno palne
Do specjalnych zastosowań, np. w górnictwie, w lotnictwie itp., stworzono ciecze trudno palne.
Ciecze te mają znacznie wyższą temperaturę zapłonu niż oleje mineralne. W grupie tych cieczy
wyróżniany media oparte na bazie wody oraz na innej bazie. Wyodrębnia się trzy zasadnicze
grupy:
l grupa: emulsje wody z olejem,
II grupa: wodne roztwory,
III grupa: ciecze bezwodne,
Grupa I: emulsje wody z olejem w proporcjach 40 % wody i 60 % oleju są w zasadzie
rzadko stosowane ze względu na nie najlepsze właściwości,
Grupa II: wodnych mieszanin składa się najczęściej z połączenia wody (udział 30 ÷ 50 %)
z polyalkylenglikolem.
Grupa III: są to ciecze syntetyczne jak silikonowe, polyfenyloestry, poliglikole itp.
2.2. Właściwości cieczy roboczych
2.2.1. Gęstość i ściśliwość
Straty w rurociągach i w kanałach przepływowych elementów hydraulicznych są proporcjonalne
do gęstości cieczy roboczej. Gęstość cieczy zależy od temperatury oraz ciśnienia panującego w
cieczy. Ustalenie wpływu temperatury na gęstość cieczy możliwe jest poprzez określenie zmian
objętości cieczy przy wzroście temperatury. Wychodząc ze związku na współczynnik
rozszerzalności cieczy:
(2.1)
otrzymuje się przyrost objętości wywołany przyrostem temperatury DT, a więc:
. (2.2)
Odpowiednio do przyrostu objętości cieczy zmniejsza się gęstość według zależności:
gdzie: m - masa cieczy
Vo
- objętość cieczy przy temperaturze początkowej
Dla danej temperatury gęstość cieczy równa jest:
. (2.3)
T
V
V
1
0
T
V
V
o
o
o
V
m
V
V
m
0
Wprowadzając do równania (2.3) wyrażenie (2.2) otrzymuje się postać:
,
a po uproszczeniu wyrażenia otrzyma się zależność gęstości od temperatury cieczy:
. (2.4)
Wartość współczynnika a podana została w tabeli 2.1 dla wybranych cieczy roboczych.
Zależność (2.4) została zilustrowana dla olejów mineralnych na rys. 2.1.
Rys. 2.1. Zależność gęstości olejów mineralnych od temperatury
T
V
V
m
0
0
T
1
0
Ściśliwość cieczy
Załóżmy, zgodnie z rys. 2.2, że cylinder wypełniony jest cieczą o objętości początkowej Vo.
Przemieszczenie tłoka wywołujące wzrost ciśnienia w cieczy o p prowadzi do zmniejszenia
objętości
o V zgodnie z równaniem (2.5):
. (2.5)
E jest modułem sprężystości cieczy równym odwrotności współczynnika ściśliwości cieczy
według związku:
. (2.6)
Rys. 2.2. Zmiana objętości oleju
c
0
E
p
V
V
V
p
V
1
E
0
c
Należy zwrócić uwagę, że moduł sprężystości cieczy E
c
zależny jest i od temperatury i od
ciśnienia.
W przypadku korzystania z olejów mineralnych z dodatkami uszlachetniającymi moduł
sprężystości cieczy może się zmieniać w zakresie od 1,2·10
9
do 2·10
9
N/m
2
. Zwiększenie
oddziaływania ściśliwości cieczy na układ możliwe jest poprzez sprężyste odkształcenia
ścianek przewodów oraz zawarty gaz w cieczy.
Tabela 2.1. Porównanie własności cieczy
hydraulicznych
2.2.2. Lepkość cieczy roboczej
Równanie Newtona
Lepkość cieczy roboczej jest właściwością cieczy, która w dużej mierze decyduje o
funkcjonowaniu układu hydraulicznego. Ogólnie można stwierdzić, że mała lepkość czynnika
roboczego prowa dzić może do dużych strat objętościowych oraz nie zapewnia odpowiedniego
smarowania, natomiast duża lepkość prowadzi do wzrostu strat tarcia.
Lepkość jest definiowana jako opór, który wystąpi przy przemieszczaniu sąsiednich warstw
cieczy. Jeżeli
w szczelinie płaskiej (rys. 2.6) znajduje się ciecz lepka to przesunięcie płyty ruchomej o
powierzchni A z prędkością v wymagać będzie przyłożenia siły F. Naprężenie styczne w cieczy
w płaszczyźnie równoległej do płyty wyniesie:
, (2.31)
W szczelinie tej, gdzie dolna płyta jest nieruchoma, rozkład prędkości przepływu cieczy
przedstawiono na rys. 2.6. Prędkość na płycie ruchomej wynosi v, a na nieruchomej O.
Rys. 2.6. Przepływ cieczy w szczelinie płaskiej
A
F
Równanie równowagi sił działających na element cieczy przedstawia się następująco:
a więc po uproszczeniu
A zatem otrzyma się
. (2.32)
Z zależności (2.32) wynika, że ciśnienie w kierunku osi x jest wprost proporcjonalne do
panującego naprężenia stycznego między warstwami cieczy w kierunku osi y.
Równanie Newtona na naprężenie styczne w cieczy lepkiej mówi, że naprężenie styczne
,
pojawiające się podczas względnego ruchu dwu sąsiednich warstewek cieczy o powierzchni
dA oddalonych od siebie o dy, jest proporcjonalne do gradientu prędkości w kierunku
prostopadłym do kierunku ruchu:
. (2.33)
Wówczas zmiana ciśnienia w kierunku x jest proporcjonalna do pierwszej pochodnej z
gradientu prędkości oraz do stałej wartości :
. (2.34)
W równaniu (2.34) stała wartość m nazywana jest współczynnikiem lepkości dynamicznej.
Podstawową jednostką lepkości dynamicznej m jest [1 Nm/s
2
] oraz Poise [1 P]. Zależność
między tymi wielkościami przedstawiono poniżej:
1 P = 10
2
cP = 0,1 Ns/m
2
.
dx
d
pdy
dx
dy
dp
p
dx
d
dpdy
dy
d
dx
dp
dy
x
d
2
2
dy
x
d
dx
dp
Często korzysta się z wielkości lepkości kinematycznej
, której związek z lepkością
dynamiczną
przedstawia równanie (2.35):
. (2.35)
Jednostką podstawową współczynnika lepkości kinematycznej jest [1 m
2
/s] oraz Stockes
[1 St]. Związek między tymi wielkościami podano poniżej:
1 St = 10
2
cSt = 10
-4
m
2
/s.
Lepkość cieczy przedstawia się często na podstawie tzw. lepkości porównawczych, takich
jak stopnie Englera, sekundy Saybolta czy sekundy Redwooda.
Stopień Englera jest to stosunek czasu wypływu oleju do czasu wypływu wody
destylowanej
o objętości 200 cm
3
ze zbiornika o średnicy 106 mm przez dyszkę 2,9 mm przy
wysokości
zwierciadła 52 mm i stałości temperatury cieczy.
Na drodze empirycznej ustalono związki między lepkościami porównawczymi a lepkością
dynamiczną lub też kinematyczną. Przykładową zależnością może być związek (2.36)
stosowany w ograniczonym zakresie:
m
2
/s. (2.36)
Lepkość dynamiczna bądź też kinematyczna zależy od temperatury, jak i ciśnienia cieczy
roboczej.
E
1
1
076
,
0
E
0
0
Zależność lepkości od
temperatury
Lepkość cieczy hydraulicznych zależy znacznie od
jej temperatury. Na rys. 2.7 przedstawiono zależność
lepkości kinematycznej od temperatury dla różnych
cieczy hydraulicznych.
Lepkość cieczy zależy od temperatury według związku
Herschela
o postaci:
= A T
-k
,
(2.37)
gdzie: A i k zależą od rodzaju cieczy.
Korzystając z zależności (2.37) można ustalić dla
odpowiedniej temperatury T
1
i T
2
wartości lepkości
1
i
2
, a więc:
1
= A T
1
-k
i
2
=A T
2
-k
.
Dzieląc te wyrażenia stronami otrzymuje się:
.
(2.38)
k
2
1
2
1
T
T
Rys. 2.8. Lepkość kinematyczna w zależności od
temperatury wybranych cieczy hydraulicznych
Logarytmując wyrażenie (2.38) można wyznaczyć wartość współczynnika k o postaci:
.
(2.39)
Zależność (2.39) przedstawiono wykreślnie na rys. 2.8, z którego wynika, że im mniejsza
wartość
kąta , a więc współczynnik k, tym mniejsza jest zmienność lepkości cieczy z temperaturą.
Rys. 2.8. Zmienność lepkości dynamicznej
cieczy z temperaturą
Kryterium oceny cieczy z punktu widzenia
zmienności lep-
kości z temperaturą jest tzw. wskaźnik wiskozowy.
Inaczej mówiąc jest on miarą położenia prostej w
układzie lepkości
i temperatury. Duża wartość współczynnika
wiskozowego oznacza małą zmienność lepkości
cieczy z temperaturą. Normalne ciecze hydrauliczne
posiadają wskaźniki wisko-
zowe w zakresie 95 ÷ 100.
Poprzez zastosowanie odpowiednich dodatków
uszlache-tniających w cieczach hydraulicznych
można znacznie podnieść wartość wskaźnika
wiskozowego.
Wychodząc ze związku (2.38) w przypadku
znajomości lepkości
o
, w określonych, warunkach
temperaturowych T
o
, wartość lepkości dla dowolnej
temperatury może zostać wyznaczona z równania:
.
(2.40)
1
2
2
1
log
log
log
log
T
T
tg
k
k
o
o
T
T
Zależność lepkości od ciśnienia
Lepkość cieczy wzrasta ze wzrostem ciśnienia. Wzrost ten jest tym większy, im wyższa jest
wartość nominalna lepkości cieczy bądź też im niższa jest temperatura cieczy. Zależność tę
przedstawiono na rys. 2.9 dla trzech gatunków olejów o lepkościach 12,5·10
-6
; 21·10
-6
i
41·10
-6
m
2
s
-1
.
Rys. 2.9. Zależność lepkości dynamicznej od ciśnienia dla różnych rodzajów cieczy
Jak wynika z rys. 2.9, związek lepkości dynamicznej z ciśnieniem można aproksymować
funkcją wykładniczą o postaci:
=
o
e
bp
.
(2.41)
Wykładnik potęgowy b zależny jest od rodzaju oleju i dla olejów mineralnych może
przyjmować wartości:
b = ( 2 ÷ 3) 10
-4
MPa
-1
.
W przypadku cieczy hydraulicznych opartych na bazie wody lepkość ich nieznacznie
zmienia się z ciśnieniem w porównaniu z olejami mineralnymi, natomiast grupa cieczy
syntetycznych wykazuje znaczniejszy wpływ ciśnienia na lepkość w porównaniu z olejami
mineralnymi.
Zwiększenie lepkości ze wzrostem ciśnienia jest korzystne, bo może kompensować
obniżenie lepkości na skutek wzrostów temperatury. Fakt ten poprawia sytuację pracy
łożysk pod znacznym obciążeniem. Zagadnienie to może być jedną z przyczyn niskiej
trwałości łożysk pracujących w cieczach o znacznej zawartości wody.
Porównując wyrażenia (2.40) i (2.41) można wyznaczyć łączną zależność lepkości od
temperatury i ciśnienia, a mianowicie w postaci:
.
(2.42)
bp
k
o
o
e
T
T
2.2.3. Smarność
Jednym z ważnych wymagań stawianych cieczom roboczym sto sowanym w napędach
hydraulicznych jest dobra zdolność smarna lub też dobra ochrona cieczą przed, zużyciem
elementów.
Przy hydrodynamicznym smarowaniu, t j. przy tarciu cieczy, lepkość dynamiczna jest
wielkością określającą zdolność cieczy do ochrony elementów współpracujących przed
zużyciem. Jeśli nie wystarczają siły zależne od lepkości cieczy, np. w obszarze tarcia
mieszanego ze względu na małą prędkość przemieszczania się względnego elementów, to
określa się przydatność cieczy do ochrony przed zużyciem elementów przez jej zdolność
tworzenia na powierzchniach współpracujących filmu olejowego.
Zdolności smarne cieczy roboczych poprawia się poprzez zastosowanie odpowiednich dodatków
uszlachetniających.
2.2.4. Zdolności rozpuszczania gazu
Wszystkie ciecze hydrauliczne mają właściwość rozpuszczania gazów, a w normalnych
układach hydraulicznych najczęściej powietrza. Zdolność rozpuszczania gazów w cieczy jest
proporcjonalna do ciśnienia w zakresie do 30,0 MPa. Zgodnie z prawem Daltona można
zapisać:
.
(2.43)
gdzie: V
G
- rozpuszczona objętość gazu, V
c
- objętość cieczy, p
o
- ciśnienie atmosferyczne,
p - ciśnienie absolutne,
v
- współczynnik Bunsena.
Współczynnik Bunsena podaje, jaka procentowa objętość gazu może zostać rozpuszczona w
normalnych warunkach (0,1 MPą) w jednostce objętości cieczy. Współczynnik ten dla
powietrza jest nieznacznie zależny od temperatury i lepkości (tabela 2.1).
v
p
p
c
G
o
V
V
W normalnych przypadkach rozpuszczone powietrze nie ma istotniejszego wpływu na
właściwości cieczy roboczej. Rozpuszczone powietrze może jednak w określonych
warunkach zostać odprowadzone z cieczy. Zależeć to może od miejscowego obniżenia
ciśnienia statycznego. Ciśnienie może być obniżone np. przez zwiększenie prędkości
przepływu i równoczesnego zwiększania naprężeń ścinających w cieczy. Proces ten
nazywa się kawitacją. W przypadku gdy cieczą roboczą jest woda, kawitacja objawia się
parowaniem cieczy.
Kawitacja w układach, hydraulicznych występuje:
w przewodach ssawnych i kanałach ssawnych pomp ze względu na spadek ciśnienia
absolutnego w
wyniku strat przepływu w przewężeniach, kolanach, w wyniku znacznych wysokości
ssania bądź strat
w wyniku znacznej lepkości;
na oporach przepływu, np: dławiki, krawędzie sterujące, ze względu na obniżenie
ciśnienia absolutnego
w wyniku znacznej prędkości przepływu.
Następstwem kawitacji jest:
w pompach - erozja części pompy, strata mocy, uderzenie ciśnie nia, charakterystyczny i
o znacznej
amplitudzie hałas;
na oporach przepływu - charakterystyczny hałas, niestabilne sterowanie, tworzenie
piany w zbiorniku.
Występująca kawitacja mieszaniny ciecz - powietrze prowadzi do zmian w charakterystykach
przepływu elementu hydraulicznego.
2.2.5. Zdolności pienienia i możliwości odprowadzania powietrza
Powietrze znajdujące się w cieczy roboczej powinno być odprowadzone w zbiorniku, zanim
ciecz zostanie ponownie pobrana przez pompę do układu. Możliwości odprowadzania
powietrza z cieczy są zależne od właściwości cieczy, od lepkości roboczej, od
zanieczyszczenia cieczy oraz od wielkości pęcherzyków powietrza. Możliwości te są
znacznie lepsze dla olejów mineralnych aniżeli dla cieczy słabo palnych.
Odprowadzanie powietrza zależy więc w dużej mierze od prawidłowej konstrukcji zbiorników,
a zatem od korzystnego przepływu cieczy w zbiorniku. Wobec tego poprzez konstrukcyjne
metody kształtowania zbiorników można z jednej strony zapewnić zmniejszenie wchłaniania
powietrza przez ciecz a z drugiej strony ułatwienie odprowadzania powietrza.
Negatywną właściwością cieczy roboczych jest tworzenie się na ich powierzchni piany jako
następstwa odprowadzania powietrza. Tworzenie piany może zostać przez dodatki
uszlachetniające znacznie zmniej-szone, niemniej dodatki te prowadzić będą do pogorszenia
możliwości odprowadzania powietrza z cieczy.
2.2.6. Starzenie się cieczy
Pod starzeniem się cieczy rozumie się jej utlenianie i polimeryzację. Utlenianie prowadzi do
tworzenia reszt kwasowych, a więc wzrostu tzw. liczby kwasowej cieczy. Polimeryzacja
prowadzi natomiast do wzrostu produktów asfaltowych. Miarą starzenia się cieczy jest tzw.
liczba kwasowa bądź też liczba neutralizacji. Podaje ona, jaka ilość mg KOH konieczna jest
do neutralizacji 1 g cieczy.
Proces starzenia się cieczy można ograniczyć poprzez stosowanie dodatków
uszlachetniających. Niektóre ciecze syntetyczne nie starzeją się, jednak w tych przypadkach
należy pamiętać, że w okresie eksploatacji może występować gęstnienie cieczy w wyniku
zmniejszania się zawartości wody (mieszaniny gliceryny i wody). Starzenie się cieczy w
konsekwencji prowadzi m.in. do zmniejszania przekrojów przepływu tzw. obliteracji, a więc
pogorszenia możliwości sterowania i regulacji elementu hydraulicznego. Wzrost reszt
kwasowych powodować może zwiększenie aktywności cieczy w reagowaniu z materiałami
konstrukcyjnymi.
cieczy
g
1
KOH
mg
L
k
2.2.7. Zachowanie się cieczy względem materiałów
Ciecze hydrauliczne nie mogą wchodzić w reakcje z materiałami z których wykonane są
elementy napędu hydraulicznego. Oleje mineralne w zasadzie spełniają te żądania, jeśli
idzie o materiały metaliczne. Natomiast ciecze syntetyczne mają skłonności do
reagowania z aluminium i stopami aluminiowymi, ciecze zaś wodnych roztworów są
agresywne w stosunku do cynku i kadmu. Znacznie gorzej zachowują się ciecze robocze
w stosunku do materiałów z tworzyw sztucznych (uszczelnienia, przewody elastyczne,
lakiery itp.). Dla olejów mineralnych stworzono dość dużą grupę tworzyw sztucznych,
które można stosować bez ich istotnych oddziaływań na ciecz roboczą lub cieczy na
tworzywo. Ciecze słabo palne są jednak bardziej agresywne, zaleca się tu stosować
konkretne tworzywa na poszczególne elementy uszczelniające lub przewody elastyczne
zależnie od rodzaju cieczy, i tak:
- roztwory wodne: kauczuki, teflony;
- ciecze syntetyczne: teflony, kauczuki w ograniczonym zakresie.
Jeśli chodzi o lakierowanie, zaleca się w zasadzie (np. w zbiornikach) lakieru nie
stosować.
2.2.8. Możliwości wytrącania substancji obcych
Ważną właściwością cieczy roboczej jest zdolność do wytrącania wody i innych
zanieczyszczeń w okresie przebywania medium w zbiorniku. Oleje mineralne i ciecze
syntetyczne mają normalnie dobrą zdolność do wytrącania wody. Tylko niektóre gatunki
olejów mineralnych mają skłonność do tworzenia emulsji, co szczególnie niebezpieczne
może być dla łożyskowania w elementach hydrostatycznych. Należy pamiętać, że woda
spływa na dno zbiornika, gdy cieczą roboczą jest olej mineralny, a wypływa na
powierzchnię, gdy cieczą roboczą jest ciecz syntetyczna. Zanieczyszczenia cieczy
osadzają się w przypadku olejów mineralnych na dnie zbiornika, a tylko częściowo w
przypadku cieczy syntetycznych (zależnie od gęstości cieczy). W zasadzie można
stwierdzić, że ciecze syntetyczne mają gorsze zdolności do wytrącania zanieczyszczeń
ze względu na wysoką wartość gęstości. W tym przypadku musi się szczególnie
zwracać uwagę na dobrą filtrację medium roboczego.
2.2.9. Punkt zamarzania
Punkt zaparzania cieczy jest zdefiniowany przez temperaturę, przy której ciecz w
określonych warunkach prób przechodzi ze stanu płynnego w stan stały.
2.2.10. Punkt zapłonu
Punkt zapłonu jest taką temperaturą, przy której wydobywająca się z urządzenia testowego
para cieczy przy zbliżeniu do ognia po raz pierwszy zapłonie. Punkt ten leży poniżej punktu
samozapłonu cieczy.
2.2.11. Punkt samozapłonu
Punkt samozapłonu jest taką temperaturą, przy której cząstki cieczy samorzutnie zapalają
się. Temperatura ta jest kryterium ustalającym słabopalność cieczy hydraulicznych.
2.2.12. Czystość cieczy roboczej
Czystość cieczy roboczej należy do jednej z najważniejszych cech stosowanych mediów
roboczych w układach hydraulicznych. Nieczystości w cieczach prowadzić nogą do
zmniejszenia trwałości elementów
i układów hydraulicznych, zakłóceń w funkcjonowaniu elementów oraz ograniczenia
niezawodności układów hydraulicznych. Czystość cieczy jest więc warunkiem podstawowym
prawidłowej i bezawaryjnej eksploatacji elementów hydraulicznych.
2.3. Stosowanie cieczy hydraulicznych
Zakres lepkości cieczy:
górna granica lepkości, tzw. lepkość startu:
max
= 800 ÷ 1200 cP jest granicą uwarunkowaną możliwościami pomp.
dolna granica lepkości:
min
= 10 cP uwarunkowana jest zapewnieniem dostatecznego smarowania. Optymalne
lepkości pracy zależne są od przypadków zastosowań i eksploatacji, ale normalnie wytwórcy
zalecają wartości 20÷30 cP.
Temperatura pracy:
Normalnie zaleca się eksploatować ciecz roboczą w temperaturze 323 ÷ 3335 K,
natomiast przy cieczach roztworów wodnych nieco niżej. Maksymalne temperatury
pracy podane są przykładowo w tabeli 2.1.
Objętość cieczy:
Przy układach hydraulicznych stacjonarnych dobiera się ilość cieczy równą 3 ÷ 5
-krotnej wartości wydajności pompy w l/min. W pojazdach zmniejsza się ilość cieczy do
1 ÷ 2 -krotnej wartości wydajności pompy.
2.4. Wymagania stawiane cieczom hydraulicznym
- czystość cieczy roboczej,
- najmniejsza zmienność własności fizycznych z tempera turą i ciśnieniem,
- antykorozyjność cieczy,
- dobre właściwości smarne,
- ograniczone ilości frakcji stałych,
- odporność na starzenie się cieczy,
- odporność na działanie mechaniczne,
- wysoka temperatura zapłonu,
- niska temperatura zamarzania,
- zdolność do wytrącania substancji obcych,
- taniość cieczy roboczej,
- duża wartość ciepła właściwego.
Document Outline