Rozdział XI: Ciecze do układów hydraulicznych
Rozdział XI
CIECZE
DO UKA
ADÓW
HYDRAULICZNYCH
11.1 Rodzaje napędów hydraulicznych
Napędy hydrauliczne są to elementy maszyn, które przekazują
i przekształcają energię w różnego rodzaju ruchy urządzeń wyko-
nawczych, odpowiednie dla potrzeb użytkownika. Wyróżnia się
dwa podstawowe typy napędów hydraulicznych: hydrokinetyczne
i hydrostatyczne.
Napędy hydrokinetyczne, są to mechanizmy (elementy ma-
szyn) wykorzystujÄ…ce energiÄ™ kinetycznÄ… cieczy. Zaliczane sÄ… do
nich:
q sprzęgła hydrokinetyczne,
q przemienniki hydrokinetyczne, przekładnie hydrokinetyczne,
przemienniki momentu obrotowego
Napędy hydrokinetyczne są zbudowane z dwóch głównych
elementów: wirnika silnika i wirnika odbiornika, zamontowanych
we wspólnej obudowie, wypełnionej cieczą hydrauliczną jak to
przykładowo pokazano na rys. 11.1.
Napędy hydrostatyczne, są to mechanizmy (elementy ma-
szyn), gdzie energia jest przekazywana poprzez zmiany ciśnienia,
bez dużych zmian prędkości cieczy hydraulicznej. Działanie napę-
dów hydrostatycznych jest oparte na prawie Pascala.
Rys. 11.1 Schemat hydraulicznego przemiennika momentu obrotowego
Prawo Pascala  ciśnienie wewnątrz cieczy (płynu) będącej 1  wałek napędzający, 2  wirnik akumulatora, 3  wirnik napędzany, 4 - turbina
5  wałek napędzany, 6  ciecz hydrauliczna
w równowadze, wywołane działaniem sił powierzchniowych
M1  moment wałka napędzającego, n1  obroty wałka napędzającego, M2  mo-
(ciśnieniowych) ma wartość jednakową we wszystkich punktach
ment wałka napędzanego, n2  obroty wałka napędzanego
cieczy (płynu).
W układach hydraulicznych elementem generującym energię
Przykładem układu hydrostatycznego jest prasa hydrauliczna,
jest pompa, a elementami odbierającymi są siłowniki hydrauliczne,
której zasadę działania przedstawia rys. 11.2, a opisuje ją wzór
które w zależności od wykonywanego ruchu dzielą się na:
(11.1):
q cylindry hydrauliczne, zmieniajÄ…ce energiÄ™ strumienia cieczy
F1 : S1 = F2 : S2 (11.1) w ruch prostoliniowy,
q silniki hydrauliczne, zmieniajÄ…ce energiÄ™ strumienia cieczy na
gdzie: ruch obrotowy.
F1 - siła na wejściu,
F2 - siła na wyjściu,
S1 - powierzchnia tłoka napędu,
S2 - powierzchnia tłoka roboczego.
11.2 Układy hydrauliczne
Układ hydrauliczny jest to zespół wzajemnie połączonych ele-
mentów przeznaczonych do przekazywania energii lub sterowania
za pośrednictwem cieczy hydraulicznej pod ciśnieniem, w układzie
zamkniętym. W układach hydraulicznych elementem roboczym
jest ciecz hydrauliczna (zwana również cieczą roboczą, olejem hy-
draulicznym lub płynem hydraulicznym), przekazuje ona energię
z generatora do jednego lub kilku odbiorników, względnie do kilku
elementów sterowania i regulacji. Rys. 11.2 Zasada działania układu hydrostatycznego
XI 1
Poszczególne zespoły układów hydraulicznych są połączone q optymalnych parametrów cieczy hydraulicznych,
między sobą przewodami hydraulicznymi. W niniejszym opraco- q łatwego dostosowania układów hydraulicznych do różnych ma-
waniu przedstawiono jedynie specyficzną grupę cieczy hydraulicz- szyn i innych technologii (na przykład elektroniki),
nych  ciecze do układów hydrostatycznych. q przekazywania coraz większych mocy (na przykład moc rzędu
Podstawowymi elementami hydraulicznych układów hydrosta- 1000 kW w napędach wiertniczych),
tycznych są: q coraz mniejszego stosunku masy układów hydraulicznych do
q pompy hydrauliczne (trybikowe, tłokowe, nurnikowe itp.), przenoszonej mocy,
q siłowniki hydrauliczne (silniki liniowe), q uproszczenia metod kontroli, przy jednoczesnym zwiększeniu
q silniki hydrauliczne (obrotowe), ich precyzji,
q zawory, q Å‚atwej i szybkiej konserwacji.
q filtry, Wszystkie wymienione czynniki stawiajÄ… przed cieczÄ… hydrau-
q przewody hydrauliczne, liczną wymagania coraz trudniejsze do spełnienia.
q zbiornik cieczy hydraulicznej, Ciecz hydrauliczna ma za zadanie przenieść energię z napędu
q układ odpowietrzający, hydraulicznego (najczęściej pompy hydraulicznej) do odbiorników
q zespoły pomiarowe i pomocnicze (manometry, przepływomie- (elementów wykonawczych), takich jak: cylindry i silniki hydraulicz-
rze, króćce do pobierania próbek, chłodnice itp.), ne, wykonujących czynności wymagane przez użytkownika. Ciecz
q ciecz hydrauliczna. hydrauliczna we współczesnych układach hydraulicznych spełnia
Układy hydrauliczne mogą napędzać jeden (pojedyncze) albo następujące, podstawowe funkcje:
wiele (wielokrotne) cylindrów hydraulicznych lub silników hy- q przenoszenie energii i sygnałów sterujących,
draulicznych. Schemat hydrostatycznego układu hydraulicznego q smarowanie ruchomych elementów,
z siłownikiem hydraulicznym i silnikiem hydraulicznym, przedsta- q odprowadzanie ciepła,
wiono na rys. 11.3 q odprowadzanie zanieczyszczeń stałych z układu,
q uszczelnianie układu.
oraz funkcje dodatkowe:
q zmniejszanie zużycia części układu hydraulicznego,
q ochrona przed korozjÄ…,
q zabezpieczenie przed szkodliwym działaniem wody,
q zabezpieczenie przed szkodliwym działaniem powietrza.
Funkcje te należy uwzględnić przy wyborze cieczy hydrau-
licznej. Celem zapewnienia poprawności działania oraz trwałości
i niezawodności układu hydraulicznego, ciecz hydrauliczna musi
posiadać pewne podstawowe właściwości, niezbędne dla przeka-
zywania energii, smarowania i ochrony, tj.:
q odpowiednią lepkość,
q możliwie jak najmniejsze zmiany lepkości w funkcji temperatury
(wysoki wskaz
nik lepkości),
q wymaganą pompowalność w najniższej temperaturze użytko-
wania,
q mały moduł ściśliwości (na przykład: obecność powietrza w cie-
czy zwiększa jej ściśliwość),
q brak skłonności do pienienia,
q szybkie wydzielanie powietrza,
q dobre właściwości przeciwzużyciowe,
q dobre właściwości przeciwkorozyjne i przeciwrdzewne,
q stabilność w czasie pracy; to znaczy odporność na utlenianie,
ścinanie i degradację termiczną.
Pierwszą używaną cieczą hydrauliczną była woda. Miała ona
wiele wad, powodowała między innymi: korozję, osadzanie się ka-
mienia kotłowego, łatwo odparowywała, miała zbyt małą lepkość,
złe właściwości niskotemperaturowe, a przede wszystkim brak nie-
Rys. 11.3 Schemat hydrostatycznego układu hydraulicznego
zbędnych właściwości smarnych i przeciwzużyciowych. Aktualnie,
1  zbiornik z cieczą hydrauliczną, 2  zawór zwrotny, 3  pompa hydrauliczna,
4  filtr (by pass), 5  zawór regulujący dopływ cieczy hydraulicznej do silnika
jedynie w niewielu pracujących instalacjach przemysłowych jako
hydraulicznego, 6  silnik hydrauliczny, 7  zawór regulujący dopływ cieczy hy-
cieczy hydraulicznej używa się jeszcze wody, zwykle z dodatkami
draulicznej do siłownika hydraulicznego, 8  siłownik hydrauliczny, 9  filtr,
10  odpowietrzenie, 11  zawór do zlewania odstojów przeciwkorozyjnymi. Przeważająca część układów hydraulicznych,
stacjonarnych lub przewoz
nych, jest napełniona cieczą hydrau-
liczną, najczęściej będącą uszlachetnionym olejem mineralnym
lub roślinnym. Jednakże, w niektórych szczególnych przypadkach,
11.3 Funkcje cieczy hydraulicznych kiedy ciecz hydrauliczna musi być trudnopalna, używa się specjal-
nych cieczy syntetycznych lub w niektórych przypadkach cieczy
Ponieważ układy hydrauliczne znalazły liczne zastosowania, zawierających wodę.
między innymi w przemysłach: maszynowym, samochodowym, W hydraulice przepływ jest odpowiednikiem prędkości
lotniczym, metalurgicznym, zbrojeniowym, tworzyw sztucznych, w mechanice, natomiast ciśnienie odpowiednikiem siły. W ukła-
w automatyce, w obrabiarkach, w rolnictwie, w budownictwie, dzie SI jednostką ciśnienia P jest Pascal (1 Pa = 1 N/m2). W praktyce
w robotach publicznych i wielu innych; w technice tej dokonuje się przemysłowej jako jednostkę ciśnienia często stosuje się bary:
nieustający postęp. Nowoczesne technologie wymagają spełnienia 1 bar = 105" Pa. Typowe ciśnienie w układach hydraulicznych wyno-
ściśle określonych i coraz ostrzejszych kryteriów w zakresie: si od 0,5 bar do 100 bar. Jednostką przepływu Q jest metr sześcien-
q niezawodności i trwałości stosowanych materiałów konstrukcyj- ny na sekundę (w praktyce: dm3/min lub litr/min).
nych,
2 XI
Rozdział XI: Ciecze do układów hydraulicznych
q niedostateczne smarowanie,
11.4 Ciecze hydrauliczne
q kawitacjÄ™.
Jako ciecze hydrauliczne są stosowane oleje o klasach lepkości Z tych względów, układ hydrauliczny należy tak konstruować
od ISO VG 5 do ISO VG 300, o składzie chemicznym dostosowanym i eksploatować, aby uniknąć przedostawania się do niego powie-
do warunków pracy i materiałów konstrukcyjnych układu. Są to: trza.
q rafinowane oleje mineralne, W przypadku, gdy powietrze dostanie się do układu z jakiegokol-
q oleje syntetyczne na bazie PAO, wiek powodu, ważne jest, aby zostało ono jak najszybciej uwolnione
q oleje na bazie estrów poliolowych, z cieczy hydraulicznej. Od cieczy hydraulicznych wymaga się aby ła-
q oleje syntetyczne na bazie poliglikolowej, two uwalniały pęcherzyki powietrza. Kontrola tej właściwości polega
q oleje roślinne, na nasyceniu próbki cieczy hydraulicznej powietrzem wtłaczanym
oraz jako tzw. trudnopalne ciecze hydrauliczne: przez dyszę i śledzeniu zmian zawartości powietrza w cieczy w funk-
q estry kwasu fosforowego, cji czasu, poprzez pomiar gęstości, przy użyciu wagi hydrostatycznej.
q emulsje wodno-olejowe, W tym badaniu, ciecze hydrauliczne o średniej lepkości 32& 68
q emulsje olejowo-wodne, mm2/s (w temperaturze 40°C), majÄ… czas wydzielania powietrza
q wodne roztwory glikoli i poliglikoli, w granicach 5& 10 minut.
q wodne roztwory polimerów. Skłonność do pienienia. W przypadku cieczy hydraulicznych,
niezbędne jest zapewnienie dobrych właściwości przeciwpien-
nych. Powstawanie piany w układzie hydraulicznym stwarza nie-
11.5 0cena właściwości użytkowych cieczy bezpieczeństwo wycieku cieczy hydraulicznej w postaci piany, lub
hydraulicznych dodatkowego zasysania powietrza, a w konsekwencji zakłócenia
w pracy układu. Właściwości te są oceniane w badaniu skłonności do
11.5.1 Metody laboratoryjne pienienia (patrz p. 4.13), która polega na wdmuchiwaniu powietrza
z butli lub sprężarki do badanej cieczy hydraulicznej i mierzeniu ob-
Właściwości przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe (EP). jętości oraz trwałości wytworzonej piany, w różnych temperaturach,
Podstawowymi cechami użytkowymi cieczy hydraulicznych są z zastosowaniem aparatu, przedstawionego na rys. 4.65 lub innymi
właściwości przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe. Urządzenia metodami, modelującymi warunki pracy cieczy hydraulicznej.
hydrauliczne, szczególnie pompy, są to urządzenia bardzo precy- W przypadkach niektórych rodzajów cieczy hydraulicznych, w celu
zyjne.Ciecz hydrauliczna nie powinna powodować ich nadmier- zmniejszenia skłonności do pienienia, do cieczy hydraulicznych są
nego zużycia, które prowadziłoby do zwiększenia luzów, co może wprowadzane specjalne dodatki przeciwpienne (patrz p. 2.5.3).
powodować utratę ich sprawności. Wysokie ciśnienia stanowią Zawartość wody. Woda w postaci wolnej jest bardzo szkodliwym
czynnik podwyższający ryzyko zużycia i jego konsekwencje. Stoso- zanieczyszczeniem cieczy hydraulicznych. Skutkiem jej obecności
wane dodatki uszlachetniające, organiczne lub metaloorganiczne w układzie hydraulicznym mogą być:
pozwalają nadać cieczy hydraulicznej wymagane właściwości prze- q korozja elementów układu,
ciwzużyciowe, nawet przy bardzo dużych ciśnieniach. Tworzą one q zacieranie współpracujących powierzchni (tłoków, serwomecha-
na chronionej powierzchni metalu, warstewkę filmu olejowego nizmów, regulatorów itp.),
zmniejszającą możliwość wystąpienia mikrozatarć. q rozkład bazy olejowej (np. hydroliza estrów) i dodatków,
Właściwości przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe określa się q rozwój mikroflory w układzie,
dwoma uzupełniającymi się rodzajami testów (patrz p. 4.7), z wy- Woda może przedostawać się do układów hydraulicznych po-
korzystaniem: przez:
q standardowych maszyn do prób zużycia i tarcia, powszechnie q nieszczelność w wymienniku ciepła,
stosowanych w przypadkach innych cieczy eksploatacyjnych, q kondensację wilgoci atmosferycznej po każdym zatrzymaniu,
q specjalnych hydraulicznych stanowisk badawczych. q przenikanie, przy braku szczelności (uszczelki cylindra, uszczelki
Korelacja standardowych metod badawczych z praktyką eks- zbiornika) ze środowiska zewnętrznego,
ploatacyjnÄ… nie zawsze jest Å‚atwa do jednoznacznego ustalenia. q przedostawanie siÄ™ emulsji olejowo-wodnej z obrabiarki.
W związku z tym, opracowano metody badań na stanowisku Możliwość obecności wody w układzie hydraulicznym jest po-
wykorzystującym rzeczywiste elementy układów hydraulicz- wodem, że od cieczy hydraulicznych wymaga się następujących
nych. właściwości:
Najbardziej znane metody tego typu wykorzystujÄ… pompy Å‚o- q przeciwrdzewnych i przeciwkorozyjnych,
patkowe Vickers V 104 C lub V 105 C (patrz p. 4.7.6). Polegają one na q odporności na hydrolizę,
pomiarach (po pracy w ustalonych warunkach) ubytku masy stoja- q braku skłonności do tworzenia emulsji (odporność na emulgowa-
na i łopatek specjalnej pompy testowej. W zależności od wymagań nie - deemulgowalność).
stawianych cieczy hydraulicznej, istnieje wiele wersji tej metody, Usuwanie wolnej wody z układów hydraulicznych jest wykony-
różniących się od siebie ciśnieniem, prędkością, temperaturą lub wane poprzez:
czasem badania. Do badań cieczy hydraulicznych, stosuje się q odstawanie i zlewanie odstojów specjalnym zaworem, zainstalo-
stanowisko badawcze (pompa Vickers), którego schemat przedsta- wanym w dennej części zbiornika układu,
wiono na rys. 4.46. q filtracjÄ™ poprzez specjalne filtry-separatory wody,
Przykładowo, przy stosowaniu tej metody ciecze hydrauliczne q odwirowywanie z zastosowaniem wirówek lub cyklonów.
o dobrych właściwościach przeciwzużyciowych dają następujące W przypadkach, gdy w układzie powstanie trwała emulsja olejo-
wyniki: wo wodna, najczęściej zachodzi konieczność całkowitej wymiany
q stojan pompy: ubytek masy < 120 mg, cieczy hydraulicznej. W każdym przypadku należy zidentyfikować
q Å‚opatki pompy: ubytek masy < 30 mg. z
ródło przedostawania się wody do układu i wyeliminować taką
Zdolność do uwalniania powietrza. Obecność powietrza możliwość.
w układzie hydraulicznym może pociągać za sobą możliwość wy- Zawartość wody w nowych i eksploatowanych cieczach hydrau-
stąpienia poważnych zakłóceń: licznych jest oceniana metodami, przedstawionymi w p. 4.23.
q zwiększa ściśliwość mieszaniny powietrze-ciecz, 0dporność na hydrolizę. Składniki bazy olejowej, a także
q przyśpiesza utlenianie oleju, dodatki obecne w cieczy hydraulicznej (przeciwutleniające, prze-
q powoduje wzrost temperatury, związany ze zwiększoną ściśli- ciwkorozyjne, przeciwzużyciowe) nie powinny ulegać rozkładowi
wością, a tym samym przyspieszone starzenie oleju, pod wpływem wody. Rozkład taki (zwany hydrolizą) powodowałby,
XI 3
poza utratą skuteczności dodatków, zjawisko korozji i powstawanie bierane ostrożnie, ponieważ niektóre z nich mają tendencję do
osadów. Do oceny tej właściwości, są stosowane badania odporno-  ścinania podczas pracy. Proces ścinania wiskozatorów zachodzi
ści na hydrolizę, najczęściej z zastosowaniem testu  Coca-Cola lub szczególnie intensywnie, w przypadku szybkich zmian ciśnienia
poprzez oznaczanie tzw. liczby zmydlenia (patrz p. 4.10.6). oraz występowania zjawiska kawitacji (patrz p. 4.11). Zjawisko to
0dporność na tworzenie emulsji (deemulgowalność). Jeżeli pociąga za sobą zmniejszenie lepkości i wskaz
nika lepkości.
ciecz hydrauliczna jest poddawana regularnym i licznym kontak- Aby określić odporność cieczy hydraulicznych na ścinanie, naj-
tom z wodą (co może wynikać ze specyfiki układu), niezbędne staje częściej stosuje się badania, polegające na przepuszczaniu określo-
się używanie takiej cieczy hydraulicznej, która jest szczególnie od- nej objętości cieczy hydraulicznej, w czasie np. 250 cykli, przez kla-
porna na emulgowanie, to znaczy takiej, która szybko oddziela się syczny wtryskiwacz firmy Bosch. Gwałtowna zmiana ciśnienia (od
od wody bez tworzenia trwałej emulsji. Właściwość ta pozwala na 175 bar do 0 bar), po przejściu przez bardzo wąski otwór (2& 5 źm),
prawie całkowite odprowadzenie wody z układu hydraulicznego, poddaje ciecz bardzo dużym naprężeniom ścinającym. Mierzy się
poprzez separację w zbiorniku. Odporność cieczy hydraulicznych różnicę lepkości przed i po badaniu.
na tworzenie emulsji jest oceniana w teście, przedstawionym w p. 0ddziaływanie na elastomery. Ciecze hydrauliczne, giętkie
4.14, który polega na mieszaniu równych objętości wody i cieczy przewody, uszczelki statyczne i dynamiczne, w układzie hydrau-
hydraulicznej (40 ml cieczy hydraulicznej i 40 ml wody) łopatkami licznym powinny być dobrane w taki sposób, aby nie wykazywały
obracającymi się z prędkością 1500 obr/min. Obserwuje się utwo- wzajemnego, niekorzystnego oddziaływania. Uszczelki powinny
rzoną emulsję i mierzy się czas jej rozdzielania. Jako wynik podaje być dobrane również zgodnie z zakładanym zakresem tempera-
się w kolejności: objętość warstwy olejowej, wodnej i emulsji oraz tur pracy. Jak wspomniano wcześniej, punkt anilinowy daje tylko
czas rozwarstwienia. przybliżone informacje o zachowaniu olejów mineralnych wobec
elastomerów. Ciecze hydrauliczne o niskich punktach anilinowych
Przykładowe wyniki badania deemulgowalności:
mogą powodować pęcznienie, natomiast ciecze o wysokich punk-
40-40-0 w 20 minut oznacza, że całkowite rozdzielenie warstw
tach anilinowych powodują skurcz. Jednakże czynnikiem decydu-
następuje po 20 minutach,
jącym o intensywności i rodzaju zachodzących zmian jest typ ela-
39-35-6 w 60 minut oznacza, że po upływie 60 minut obserwuje się
stomeru, z którego są wykonane uszczelnienia. Z tych względów,
39 ml oleju, 35 ml wody i 6 ml emulsji.
producenci uszczelnień określają optymalny punkt anilinowy dla
Właściwości przeciwkorozyjne i przeciwrdzewne. Obecność swojego wyrobu, na podstawie badań z olejami odniesienia: ASTM
Å›ladów rdzy lub korozji na bardzo precyzyjnie spasowanych ele- 1, 2 i 3, o punktach anilinowych odpowiednio 124°C, 93°C i 60°C.
mentach układów hydraulicznych jest niedopuszczalna i często Pomiary te mogą być uzupełniane badaniem twardości i innych
jest powodem poważnych niesprawności układu, a nawet awarii. mechanicznych właściwości uszczelek.
Dlatego ciecz hydrauliczna powinna mieć bardzo dobre właściwo- Przyjmuje się, że ciecze hydrauliczne na bazie węglowodorowej
ści przeciwrdzewne i przeciwkorozyjne. Właściwości takie są uzy- są kompatybilne z uszczelnieniami typu: NBR, FPM i AU.
skiwane w wyniku zastosowania odpowiednich baz olejowych oraz
dodatków uszlachetniających, których zadaniem jest zwiększenie 11.5.2 Specjalne metody badań trudnopalnych cieczy
powinowactwa oleju do powierzchni metalowych. Właściwości hydraulicznych
przeciwrdzewne i przeciwkorozyjne cieczy hydraulicznych sÄ… oce-
niane metodami, przedstawionymi w p. 4.9. Ciecze hydrauliczne, przeznaczone do stosowania w układach
Ciecz hydrauliczna nie powinna oddziaływać korozyjnie na gorących (bloki energetyczne, piece stalownicze, górnictwo), tam
metale kolorowe, a w szczególności na miedz
. Zachowanie wobec gdzie istnieje groz
ba pożaru w przypadku niekontrolowanego wy-
tego metalu jest oceniane na podstawie odniesienia do wzorców pływu cieczy hydraulicznej do otoczenia, muszą być trudnopalne.
korozji zmian zabarwienia testowej płytki miedzianej, zanurzonej Celem sprawdzenia trudnopalności takich cieczy zostały opraco-
w ocenianej cieczy hydraulicznej przez 3 godziny, w temperaturze wane różne specyficzne testy, na przykład:
100°C wg metody przedstawionej w p. 4.9. Na ogół wymaga siÄ™, aby q badanie odpornoÅ›ci na zapalanie w strumieniu rozpylonym,
ciecz hydrauliczna w tym teście nie wykazywała korozji większej od pod wysokim ciśnieniem,
reprezentowanej wzorcem 1 lub 2 wg skali ASTM D 130/IP 154. q badanie odporności na palenie w silniku ze zmiennym stopniem
0dporność na utlenianie. Każdy wzrost temperatury, nawet sprężania,
chwilowy, może powodować pogarszanie się jakości cieczy hy- q badanie rozprzestrzeniania się ognia, w mieszance złożonej
draulicznej poprzez jej utlenianie i rozkład termiczny. Warunki pra- z pyłu węglowego i hydraulicznych cieczy trudnopalnych,
cy niektórych układów mają tendencję do dosyć silnego rozgrze- q rozpylanie mgły cieczy hydraulicznej na stopiony metal, o tem-
wania cieczy hydraulicznej (temperatura powyżej 60°C). W takiej peraturze (800°C), wyższej niż temperatura samozapÅ‚onu, i oce-
sytuacji jest konieczne, aby ciecz hydrauliczna wykazywała dobre nie czasu, po którym nastąpi samozapłon (metoda TUV).
właściwości przeciwutleniające, co zapewnia dobrą trwałość cieczy Ponadto, dla tego typu cieczy hydraulicznych, sprawdza się tok-
bez ryzyka starzenia, korozji lub zanieczyszczania układu. syczność w stanie świeżym i po rozkładzie termicznym.
Spośród wielu możliwych metod badania tendencji do sta-
rzenia, zazwyczaj stosuje siÄ™ badanie (patrz p. 4.8), polegajÄ…ce na
mieszaniu oleju przy użyciu sprężonego tlenu, w obecności wody 11.6 Klasyfikacja cieczy hydraulicznych
oraz katalizatorów: żelaznego i miedzianego, w temperaturze 95°C.
Po zakończeniu badania, które trwa na ogół 1 000 lub 2 000 godzin, Aktualnie, powszechnie jest stosowana klasyfikacja cieczy hydrau-
oznacza się liczbę kwasową (LK, TAN) i ilość utworzonych osadów. licznych wg ISO 6743-4:1999 (EN-ISO 6743-4:2001), rodzina H (hydrau-
0dporność na ścinanie. Przy obecnym poziomie technologii lic systems), w skrócie przedstawiona w tabeli 11.1
rafinacji i oczyszczania, większość bazowych olejów mineralnych,
stosowanych do produkcji cieczy hydraulicznych ma naturalne 11.6.1 Mineralne ciecze hydrauliczne
wskaz
niki lepkości zawarte między 95 a 105. Znaczna część cie-
czy hydraulicznych, dostępnych na rynku ma wskaz
niki lepkości Według ISO 6743/4 wyróżnia się następujące klasy jakościowe mi-
odpowiadające tym wartościom; są to tzw. oleje o  naturalnym neralnych cieczy hydraulicznych (olejów hydraulicznych), do układów
wskaz
niku lepkości . Jeżeli chce się otrzymać ciecze hydrauliczne hydrostatycznych:
o wyższym wskaz
niku lepkości, konieczne jest wprowadzenie Mineralne ciecze hydrauliczne HM i HV są powszechnie stosowane
dodatków, nazywanych modyfikatorami lepkości. Dodatki takie w typowych układach hydraulicznych. Ciecze typu HH są czystymi ole-
są polimerami o długich łańcuchach. Wiskozatory muszą być do- jami mineralnymi, które w wielu przypadkach mogą właściwie spełnić
4 XI
Rozdział XI: Ciecze do układów hydraulicznych
TABELA 11.1 Klasyfikacja olejów przemysłowych wg IS0 6743-4:1999 (EN-IS0 6743-4:2001). Rodzina H (układy hydrauliczne).
Symbol IS0 Skład i właściwości Zastosowania
Układy hydrostatyczne
HH Rafinowane nieinhibitowane oleje mineralne
Rafinowane oleje mineralne z poprawionymi właściwościami
HL
przeciwkorozyjnymi i przeciwutleniajÄ…cymi
Oleje HL z poprawionymi właściwościami przeciwzużycio-
HM Typowe układy hydrauliczne, które zawierają mocno obciążone elementy
wymi
Oleje HL z poprawionymi właściwościami lepkościowo-tem-
HR
peraturowymi
Oleje HM z poprawionymi właściwościami lepkościowo-tem-
HV Budownictwo i zastosowania morskie
peraturowymi
HS Ciecze syntetyczne, nie specyfikowane jako trudnopalne Specjalne zastosowania
HETG Trójglicerydy
Tam gdzie są potrzebne ciecze przyjazne dla środowiska. Do układów
HEPG Poliglikole
hydraulicznych przewoz
nych. Minimalna zawartość cieczy bazowej nie
HEES Syntetyczne estry
powinna być mniejsza niż 70% (m/m).
HEPR PAO i inne produkty węglowodorowe
Systemy hydrauliczne prowadnic, do maszyn z wspólnym systemem
Oleje HM z poprawionymi właściwościami zapobiegającymi
HG smarowania hydrauliki i łożysk, przy występowaniu niewielkich drgań
drganiom ciernym (stick/slip)
ciernych
Emulsje oleju w wodzie, zawierajÄ…ce ponad 80 % (m/m)
HFAE
wody
Roztwór związków chemicznych w wodzie, ponad 80 %
HFAS
(m/m) wody
HFB Emulsje typu woda w oleju
Zastosowania wymagajÄ…ce cieczy niepalnych
Roztwór polimeru w wodzie, zawierający ponad 35 %(m/m)
HFC
wody
HFDR Ciecze syntetyczne, nie zawierajÄ…ce wody, estry fosforanowe
HFDU Ciecze syntetyczne o innym składzie, nie zawierające wody
Układy hydrokinetyczne
HA Przekładnie automatyczne
Klasyfikacje nie są jeszcze dokładnie opisane, mogą być uzupełniane
HN Sprzęgła i przemienniki mocy
podstawowÄ… rolÄ™ cieczy hydraulicznych, to jest przekazywanie energii. Znormalizowane wymagania na trudnopalne ciecze hydrauliczne
ZapewniajÄ… one ochronÄ™ przeciwkorozyjnÄ… i smarowanie w zakresie typu HFAE, HFAS, HFB, HFC, HFDR i HFDU sÄ… zawarte w normach
charakterystycznym dla olejów mineralnych bez dodatków. Nadają się międzynarodowych: ISO 12 922:1999 + Cor.1:2001 (EN-ISO 12 922:
do mało wymagających zastosowań. Wykazują doskonałą odporność 2001). Zalecenia dotyczące zastosowań tego typu cieczy są podane
na działanie wody. Są zalecane do urządzeń o średnim ciśnieniu oraz w normie ISO 7745:1989. W przemysłowych układach hydraulicznych,
wtedy, kiedy dodatki przeciwzużyciowe nie są konieczne. najczęściej używanymi, trudnopalnymi cieczami hydraulicznymi są:
HFC, HFDR i HFDU.
11.6.2 Inne rodzaje olejów hydraulicznych Trudnopalne ciecze hydrauliczne mogą nie mieszać się z węglo-
wodorowymi lub estrowymi olejami hydraulicznymi. Z tego względu,
Jako ciecze hydrauliczne bywają także stosowane inne oleje mine- w przypadku zmiany cieczy hydraulicznej z olejowej na trudnopalną
ralne, na przykład: należy posługiwać się specjalnymi zaleceniami, zawartymi w normie
q oleje mineralne, o bardzo wysokim wskaz
niku lepkości i bardzo ISO 7745:1989.
niskiej temperaturze płynięcia, przeznaczone do zastosowań w ni-
skich temperaturach (np. w lotnictwie); odpowiadajÄ…ce normom 11.6.4 Biodegradowalne ciecze hydrauliczne
wojskowym,
q oleje silnikowe oraz oleje do przekładni hydrokinetycznych; oleje Do tej grupy są zaliczane ciecze hydrauliczne w zasadzie nie
te posiadają większość właściwości olejów hydraulicznych; są one zawierające wody płyny: HETG, HEPG, HEES, HEPR. Dopuszczalna za-
zalecane przez różnych producentów maszyn budowlanych, rów- wartość oleju bazowego nie powinna być mniejsza niż 70 %. Ciecze
nolegle z olejami hydraulicznymi, hydraluliczne tego rodzaju sa przeznaczone do urządzeń mobilnych,
q oleje hydrauliczne z detergentami; są to oleje odpowiadające kate- stosowanych tam, gdzie ochrona środowiska jest szczególnie istotna:
gorii HM, lecz z możliwością dyspergowania pewnych ilości wody. rezerwaty, parki narodowe, miejscowości uzdrowiskowe, miejsca
w pobliżu wód powierzchniowych itp.
11.6.3 Trudnopalne ciecze hydrauliczne
W niektórych zastosowaniach, obecność substancji łatwopalnych 11.7 Czystość cieczy hydraulicznych
lub poddawanych bardzo wysokim temperaturom, może spowodo-
wać zapalenie olejów hydraulicznych, na przykład podczas przypad- 11.7.1 Zanieczyszczenia cieczy hydraulicznych
kowego pęknięcia elastycznego przewodu hydraulicznego i możliwe-
go wtedy kontaktu rozlanego oleju z gorącą powierzchnią lub ogniem. Od cieczy hydraulicznych wymaga się czystości odpowiedniej
W takim przypadku, konieczne jest stosowanie trudnopalnych cieczy do luzów i ciśnień w układzie hydraulicznym oraz braku zawartości
hydraulicznych. Ciecze takie zostały opracowane głównie dla potrzeb zanieczyszczeń stałych. Zanieczyszczona ciecz hydrauliczna może
przemysłu węglowego, metalurgicznego i energetycznego. spowodować wadliwą pracę układu hydraulicznego lub nawet
XI 5
jego awarię. Mechanizmy oddziaływania zanieczyszczeń stałych na 11.7.3 Współczynnik filtracji i skuteczność filtracji
mechanizmy zostały szerzej omówione w p. 4.22.7. Nieodpowied-
nia czystość cieczy hydraulicznej jest przyczyną ponad 80 % awarii Na czystość cieczy hydraulicznych pracujących w układach
układów hydraulicznych. hydraulicznych istotny wpływ ma jakość filtrów zainstalowanych
Zanieczyszczenia stałe w układach hydraulicznych mogą po- w układzie hydraulicznym. Są one dobierane przez konstrukto-
chodzić z czterech głównych z
ródeł: rów układów tak, aby podczas pracy ciecz hydrauliczna spełniała
q wewnętrznych, związanych z funkcjonowaniem różnych części kryteria czystości stawiane dla danego układu. Do oceny jakości
składowych układu hydraulicznego (pompa, zbiornik, odbior- filtrów są stosowane następujące parametry:
niki, elementy sterujące), stanowiących produkty zużywania, q współczynnik filtracji,
q zewnętrznych, przedostających się do układu przez przewody, q skuteczność filtracji,
zawory, trzpienie siłowników, obudowy pomp i silników, q nominalna dokładność filtracji.
q własnych instalacji hydraulicznej, tj. pozostałości z procesów
produkcji elementów ukÅ‚adu, np.: wylewki produkcyjne, pia- Współczynnik filtracji ²x  jest to stosunek liczby czÄ…stek
sek z form odlewniczych, farby, o wymiarze x, znajdujących się w takiej samej objętości cieczy
q dodatkowych, mogących przedostać się na przykład w czasie hydraulicznej, przed filtrem, do liczby cząstek o tym samym wy-
uzupełniania płynu hydraulicznego, konserwacji urządzeń, miarze x za filtrem, zgodnie ze wzorem (11.2), gdzie x jest śred-
itp. nicą zastępczą cząstki w mikrometrach, definiowaną w jeden ze
W zależności od wymiarów cząstek zanieczyszczeń stałych, sposobów podanych w p. 4.22.2.
różne są ich z
ródła pochodzenia i różne konsekwencje ich obec-
ności w cieczy hydraulicznej, co bardziej szczegółowo przedsta-
n1
wiono w p. 4.22.7 oraz 4.22.8. ²x = (11.2)
n2
Obecność w cieczy hydraulicznej zanieczyszczeń stałych może
prowadzić do zniszczenia układu hydraulicznego lub zatkania gdzie:
filtrów. Skutkiem obecności zanieczyszczeń stałych jest przyśpie- n1 - liczba cząstek przed filtrem,
szone zużywanie elementów układu: zaworów, pomp. Szczegól- n2 - liczba cząstek za filtrem.
nie groz
ne są uszkodzenia pomp hydraulicznych i regulatorów
suwakowych. Skuteczność (efektywność) filtracji ef (wyrażona w procen-
W praktyce eksploatacyjnej, obok procesów zużywania wy- tach)  określa stosunek różnicy liczby cząstek zanieczyszczeń
stępują inne zjawiska, związane z obecnością zanieczyszczeń (n1) przed i (n2) za filtrem, do liczby cząstek przed filtrem (n1),
stałych. Należą do nich zamulanie i zarastanie, prowadzące do zgodnie ze wzorem (11.3).
zatykania przewodów układu hydraulicznego lub zmniejszania
ich przekroju poprzecznego. Zamulanie prowadzi do zwiększenia
n1  n1
czasu odpowiedzi ukÅ‚adu hydraulicznego na impuls sterujÄ…cy, ef = · 100% (11.3)
n1
zmienia charakterystykę dynamiczną układu oraz częstotliwość
(szczególnie w przekaz
nikach proporcjonalnych). Wynikiem tego
zjawiska jest zmniejszenie zakresu możliwości regulacji układu. Na przykład: jeśli liczba cząstek zanieczyszczeń o średnicach
Zamulanie może doprowadzić także do caÅ‚kowitego zatkania zastÄ™pczych 20 µm w cieczy hydraulicznej przed filtrem wynosi
i unieruchomienia układu. Jest ono przeważnie powodowane 100 000 szt., a po przejściu przez filtr 10 000 szt., to:
przez cząstki zanieczyszczeń o wymiarach zbliżonych do wielko-
ści luzów technologicznych.
100 000
²x = = 10
10 000
11.7.2 Metody oceny czystości cieczy hydraulicznych
Czystość cieczy hydraulicznych określa się następującymi
100 000  10 000
parametrami: ef = " 100% = 90%
100 000
q zawartością zanieczyszczeń stałych,
q składem granulometrycznym zanieczyszczeń stałych,
q zawartością wolnej wody. Nominalna dokładność filtracji d  jest to najmniejsza zastęp-
n
Zawartość zanieczyszczeń stałych najczęściej jest oznaczona cza średnica cząstek, zatrzymywanych przez filtr w 99,5% lub
metodami tzw. analizy grawimetrycznej (patrz p. 4.22.3). Polega 99,95%. Nominalna dokładność filtracji najczęściej jest podawa-
ona na przefiltrowaniu 100 ml badanego oleju przez membranÄ™ na w mikrometrach (µm).
filtracyjnÄ…, najczęściej o nominalnej Å›rednicy porów 0,8 µm. Po-
przez ważenie membrany czystej (przed filtracją) i z wydzielony-
mi zanieczyszczeniami, określa się ilość zanieczyszczeń stałych, 11.7.4 Filtrowalność cieczy hydraulicznych
w jednostce objętości cieczy hydraulicznej (najczęściej w mg/100
ml). Zanieczyszczenia stałe obecne w cieczy hydraulicznej, powinny
Skład granulometryczny zanieczyszczeń stałych (patrz p. łatwo filtrowć się. Z tego względu, jest wymagana ważna właści-
4.22.4), ocenia się na podstawie zliczania cząstek zanieczyszczeń wość cieczy hydraulicznej  filtrowalność. Może ona być zdefinio-
o określonych wymiarach (średnicach zastępczych), przypadają- wana jako podatność cieczy do filtracji, poprzez system filtracyjny
cych na jednostkę objętości cieczy (najczęściej na 1 ml lub 100 układu hydraulicznego, bez blokowania filtrów, w obecności wody
ml). lub jej braku. Zła filtrowalność cieczy hydraulicznej może być spo-
Zawartość wody w cieczach hydraulicznych jest oceniana me- wodowana niewłaściwym procesem produkcji cieczy, na przykład
todami: K. Fischera lub wodorkową (patrz p. 4.23). Metodami tymi użyciem:
jest oznaczana łączna zawartość wody rozpuszczonej i wolnej q składników niewystarczająco oczyszczonych,
(zdyspergowanej). W przypadku, gdy zawartość wody w sposób q składników prowadzących do tworzenia substancji galareto-
znaczący przekracza rozpuszczalność, są stosowane metody: de- watych, pochodzących z reakcji dodatków uszlachetniających
stylacyjna lub nefelometryczna. oleju z wodą obecną w układzie.
6 XI
Rozdział XI: Ciecze do układów hydraulicznych
Charakterystyki filtrowalności cieczy hydraulicznych są oce- ciągła filtracja przez filtr o nominalnej dokładności filtrowania
niane przy zastosowaniu wielu specyficznych metod. Najczęściej 25 µm, jest wymogiem minimalnym. W niektórych precyzyjnych
stosowane jest badanie metodą DENISON TP 02 100. Test ten układach hydraulicznych zalecane jest filtrowanie bardziej dokład-
jest przeznaczony również do sprawdzania filtrowalnoÅ›ci innych ne, na poziomie 10 µm, a w ukÅ‚adach precyzyjnych nawet z dokÅ‚ad-
olejów. CharakterystykÄ™ filtrowalnoÅ›ci ocenia siÄ™ przez porówny- noÅ›ciÄ… do 5 lub 1 µm.
wanie czasu filtracji 100 ml cieczy hydraulicznej zawierajÄ…cej wodÄ™
(<2%) i jej nie zawierającej, według określonej procedury. Do tego 11.8.2 Temperatura pracy
badania stosowany jest filtr membranowy o nominalnej średnicy
porów 1,2 µm. Metoda ta najczęściej jest stosowana do oceny Temperatura cieczy hydraulicznej w ukÅ‚adzie ma istotne znacze-
świeżych cieczy hydraulicznych, nie nadaje się natomiast do oceny nie dla jej trwałości. Ciecz hydrauliczna starzeje się tym szybciej,
filtrowalności zanieczyszczonych cieczy hydraulicznych pracują- im wyższa jest temperatura jej pracy. Nadmiernie wysoka tem-
cych w układzie. Do oceny filtrowalności cieczy podczas pracy są peratura jest również szkodliwa dla innych elementów układu,
stosowane specjalne stanowiska, modelujące warunki pracy cieczy szczególnie dla materiałów uszczelnień. Ideałem byłoby nie prze-
w ukÅ‚adzie hydraulicznym. kraczanie temperatury 50°C, ponieważ wtedy starzenie dobrych
Specjalne stanowisko badawcze, opracowane przez firmę cieczy hydraulicznych jest powolne. Przyjmuje się, że zwiększenie
TOTAL, pozwala Å›ledzić zmianÄ™ filtrowalnoÅ›ci cieczy w obecnoÅ›ci temperatury pracy cieczy hydraulicznej o każde 10°C, powoduje
różnych zanieczyszczeń: wody i produktów utleniania. Badanie to skrócenie czasu jej pracy o połowę. W niektórych przypadkach, jest
polega na oszacowaniu w rzeczywistym układzie hydraulicznym konieczne zainstalowanie wymiennika ciepła w celu chłodzenia
o niskim ciśnieniu (do 100 bar), tendencji do tworzenia się sub- cieczy hydraulicznej.
stancji nierozpuszczalnych wskutek chemicznej degradacji cieczy Najczęstszymi powodami przypadkowego przegrzewania ukła-
hydraulicznej. Zatykanie siÄ™ filtra o porach 5 µm obserwuje siÄ™ dów hydraulicznych, sÄ…:
poprzez pomiar spadku ciśnienia na filtrze. q niewłaściwie dobrana ciecz hydrauliczna pod względem lep-
kości,
q z
le wyregulowany zawór zwrotny (zbyt duży przepływ),
11.8 Warunki prawidłowej eksploatacji q zanieczyszczona chłodnica,
q zanieczyszczenie zbiornika, uniemożliwiające odprowadzanie
Układy hydrauliczne wymagają bardzo starannej obsługi; naj- ciepła przez wypromieniowanie,
lepsza ciecz hydrauliczna nie da dobrych efektów w z
le utrzyma- q zbyt niski poziom cieczy hydraulicznej,
nym układzie. Szczególne znaczenie mają następujące czynniki: q zanieczyszczone lub wygięte przewody,
q obecność zanieczyszczeń stałych i wody oraz filtracja, q zużycie pompy hydraulicznej,
q przegrzewanie, chłodzenie, q przedostanie się powietrza do układu.
q zapowietrzanie,
q kawitacja, 11.8.3 Powietrze w układzie hydraulicznym
q dobór i montaż uszczelek,
q ścinanie. Powietrze w cieczy hydraulicznej może być przyczyną poważ-
nych problemów. Najczęstsze powody przedostawania się powie-
11.8.1 Nadzór nad filtrami trza do układów hydraulicznych to:
q nieszczelne przewody ssÄ…ce,
Zanieczyszczenia stałe cieczy hydraulicznych, w szczególności q nieszczelna pompa,
cząstki materiałów twardych, (np. cząstki ścieru lub piasek) są naj- q zbyt niski poziom cieczy hydraulicznej,
częstszą przyczyną nieprawidłowej pracy i zużywania się układów q nadmierna turbulencja w zbyt małym zbiorniku,
hydraulicznych. Znaczna część uszkodzeń jest powodowana obec- q przewody zwrotne, nie zanurzone w oleju (pienienie).
nością twardych cząstek, takich jak:
q pyły atmosferyczne i inne zanieczyszczenia zewnętrzne, 11.8.4 Uszczelnienia
q ścier metalowy, powstający w procesach zużywania wewnętrz-
nych powierzchni układów hydraulicznych, Ciecz hydrauliczna powinna być tak dobrana, aby nie wyka-
q produkty korozji i cząsteczki rdzy, zywała agresywnego działania wobec materiałów uszczelnień
q drobiny lakierów itp. (patrz p. 2.7.2). Wymagania w tym zakresie, będą mniej ostre w
Podczas eksploatacji należy uważać, aby nie miało miejsca prze- przypadku elementów układu pracującego w warunkach statycz-
dostawanie się cząstek zanieczyszczeń do układu, poprzez: nych, niż dla szczelności elementów pracujących w warunkach
q dokładne płukanie przy pierwszym uruchamianiu urządzenia, dynamicznych. W każdym przypadku, zakłada się, że zmiana
q zapewnienie środków ostrożności podczas napełniania zbiorni- objętości materiału uszczelek, przy próbie 72 godzinnej, w tem-
ka, peraturze 100°C, nie może przekraczać Ä…5%. Niektóre specyfika-
q konserwację uszczelek, cje nie dopuszczają żadnych zmian ujemnych, celem uniknięcia
q odpowiednią jakość filtra powietrza w układzie odpowietrzania ryzyka wystąpienia przecieku. W przypadku konieczności do-
zbiornika. boru uszczelnień do określonych cieczy hydraulicznych, należy
Małe luzy w mechanizmach hydraulicznych nie dają się pogo- uwzględniać zasady podane w p. 2.7.
dzić z większą ilością cząstek zanieczyszczeń stałych. Należy więc Nie wszystkie problemy z uszczelkami mogą być przypisy-
przedsięwziąć stosowne środki ostrożności. Należy bardzo dokład- wane niewłaściwemu doborowi cieczy hydraulicznej. W prak-
nie nadzorować proces filtracji, dbając aby: tyce, wiele innych czynników może być powodem uszkodzenia
q wkłady filtrujące były wymieniane zgodnie z okresami przewi- uszczelek:
dzianymi dla danego typu układu, q Zbyt wysoka temperatura pracy ciągłej, nie przewidziana dla
q elementy filtrujące nie były uszkadzane podczas operowania określonego rodzaju materiałów uszczelnień, zastosowanych
nimi, w maszynie.
q typ użytkowanego filtra powinien spełniać wymagania sprecy- Poniżej podano kilka temperatur granicznych, które nie mogą
zowane przez producenta układu hydraulicznego, w zakresie: być przekroczone dla znanych typów uszczelek, stosowanych
²x, ef, oraz d . w ukÅ‚adach hydraulicznych:
n
W powszechnie stosowanych ukÅ‚adach hydraulicznych maszyn,  dla kauczuków poliuretanowych (AU): 80°C,
XI 7
Tabela 11.2 Zalecenia dotyczące doboru materiałów uszczelnień do q niebezpieczeństwo pożaru.
trudnopalnych cieczy hydraulicznych wg IS0 7745:1989
a także:
Rodzaj hydraulicznej cieczy Zalecane rodzaje elastomerów q możliwość przedostawania się wody do układu,
trudnopalnej (patrz p.2.7)
q zastosowanie metali konstrukcyjnych wrażliwych na korozję.
HFAE NBR, FPM
11.9.2 Warunki klimatyczne
HFB NBR, FPM
HFC NBR, SBR, EPDM, IIR, NR
Temperatura pracy bezpośrednio rzutuje na lepkość (klasę
HFDR FPM, EPDM, IIR
lepkości) dobieranej cieczy hydraulicznej. W przypadku układów
HFDS FPM
hydraulicznych maszyn i pojazdów eksploatowanych w warunkach
HFDT FPM
otoczenia, klasa lepkości cieczy hydraulicznej powinna być do-
stosowana do warunków klimatycznych, przy czym za optymalny
HFDU Niezbędne testy kompatybilności
przedział lepkości cieczy hydraulicznych w temperaturze pracy
 dla kauczuków butadienowo-nitrylowych (NBR): 100°C, przyjmuje siÄ™ wartoÅ›ci od 16 do 36 mm2/s.
 dla kauczuków fluorowych (FPM lub FKM): 120°C. Dobór klasy lepkoÅ›ciowej oleju w zależnoÅ›ci od warunków
q Niewłaściwy montaż lub uszkodzenie uszczelki podczas mon- klimatycznych, w których układ hydrauliczny jest eksploatowany
tażu. przedstawia rys. 11.4.
q ZÅ‚y stan powierzchni w miejscu montażu uszczelki, którego Temperatura pÅ‚yniÄ™cia oleju powinna być co najmniej o 20°C
przyczyną może być: niższa od najniższej temperatury pracy maszyny. Jest to szczegól-
 niewłaściwa obróbka skrawaniem, nie istotne w przypadku: pojazdów, maszyn samojezdnych i innych
 rdza, urządzeń pracujących na zewnątrz.
 rysy, wypływki,
 ślady uderzeń narzędziami. 11.9.3 Dobór lepkości oraz wskaz
nika lepkości
W przypadku stosowania cieczy trudnopalnych, szczególną
Lepkość kinematyczna w temperaturze 40°C, dla normalnej
uwagę należy zwrócić na uszczelki.
i ustabilizowanej temperatury (miÄ™dzy 40°C a 60°C) funkcjono-
Ciecze hydrauliczne typu glikol-woda (typ HFC) nie sprawiają wania układu hydraulicznego, jest określana przez producenta
specjalnych problemów, ponieważ są obojętne wobec większości układu. Producent dobiera lepkość cieczy hydraulicznej tak, aby
materiałów uszczelnień. Jedynie poliuretany (AU) nie są zalecane. uzyskać dla instalacji optymalną wydajność, sprawność i trwa-
Zalecenia dotyczące doboru materiałów uszczelnień do trudno- łość. Dobór typu cieczy hydraulicznej będzie zależał również od
palnych cieczy hydraulicznych zostały podane w normie ISO 7745: temperatury rozruchu. Dla różnych cieczy hydraulicznych, o takiej
1989. Przedstawiono je w tabeli 11.2. samej lepkoÅ›ci kinematycznej w temperaturze 40°C, lepkość
w temperaturach ujemnych może wykazywać znaczne różnice.
W przypadkach wątpliwych, należy uzyskać dane dotyczące
11.9 Dobór cieczy hydraulicznej lepkości cieczy hydraulicznej w przewidywanej, najniższej tem-
peraturze użytkowania układu przy rozruchu. Lepkości zalecane
11.9.1 Parametry decydujące o doborze przez niektórych producentów układów hydraulicznych, podano
w tabeli 11.3.
Dobierając odpowiedni typ cieczy hydraulicznej, należy W przypadku dużej rozpiętości temperatur pracy (np. niska
uwzględnić: temperatura rozruchu i wysoka temperatura ciągłej pracy), należy
q warunki klimatyczne dobrać olej o wysokim wskaz
niku lepkości, powyżej 105.
q temperaturę pracy ciągłej, maksymalnej, temperaturę rozruchu, Dla układów hydraulicznych, pracujących w pomieszczeniach
q warunki pracy, ogrzewanych, generalnie można stosować ciecze o naturalnym
wskaz
niku lepkości na poziomie 95& 105, poza
szczególnymi przypadkami urządzeń o bardzo
dużej dokładności, dla których producent wy-
maga cieczy hydraulicznej, o wyższym wskaz
niku
lepkości.
11.9.4 Warunki pracy
Warunki pracy oraz używany sprzęt narzucają
typ stosowanej cieczy hydraulicznej, na przykład:
q konstruktor pompy określa, czy wymaga do-
brych właściwości przeciwzużyciowych (typ
HM), czy też dopuszcza stosowanie cieczy hy-
draulicznej bez dodatków przeciwzużyciowych
(typ HL),
q obecność metali bardzo wrażliwych na korozję,
takich jak srebro lub miedz
i jej stopy, może
wykluczyć stosowanie niektórych dodatków,
q znaczna i stała obecność wody jest powodem
Rys. 11.4 Dobór klasy lepkościowej cieczy hydraulicznej do warunków klimatycznych pracy maszyny
wymagania od cieczy hydraulicznej dosko-
A  ekstremalne warunki tropikalne, ciężkie warunki pracy, B  ekstremalne warunki tropikalne, C  wa-
nałych właściwościach przeciwrdzewnych,
runki tropikalne, D  warunki letnie klimatu umiarkowanego, E  warunki zimowe klimatu umiarkowane-
go, F  warunki arktyczne, G  ekstremalne warunki arktyczne, H  ekstremalne warunki arktyczne, długie odporności na emulgowanie oraz dobrej sta-
przestoje maszyny
bilności hydrolitycznej.
OPT  optymalny zakres lepkości cieczy hydraulicznej
8 XI
Rozdział XI: Ciecze do układów hydraulicznych
TABELA 11.3 Lepkość kinematyczna cieczy hydraulicznych zalecana
draulicznej powinny być okresowo kontrolowane (patrz p. 11.11),
przez niektórych producentów
poprzez wykonywanie analiz laboratoryjnych pobieranych próbek.
Podczas PozwalajÄ… one na:
Podczas pracy
UrzÄ…dzenia rozruchu
q oszacowanie stopnia starzenia i w konsekwencji określenie naj-
mm2/s
mm2/s, max.
właściwszych okresów wymiany,
DENIS0N HYDRAULICS
q wykrywanie zanieczyszczeń, szkodliwych dla układu,
Pompy o tłokach osiowych 10 ... 160 1620
q określenie przyczyn ewentualnej usterki,
Pompy Å‚opatkowe 10 ... 100 860
q zapobieganie awariom.
C0MMERCIAL HYDRAULICS
Liczne wytrącenia, stałe lub ciekłe, mogą zanieczyścić układy
Pompy zębate 50 ... 100 1620
hydrauliczne. y
ródła zanieczyszczeń to najczęściej:
DANF0SS
q obce ciecze eksploatacyjne, przedostajÄ…ce siÄ™ z zewnÄ…trz do
Silniki zębate wewnętrzne 21 ... 73 300
ukladu hydraulicznego (np.oleje smarne, stosowane do smaro-
HYDR0PERFECT INTERNATI0NAL
wania innych części maszyny),
Pompy zębate 20 ... 40 2000
q cząstki metalowe, pochodzące z zużycia,
P0CLAIN HYDRAULICS
q rdza,
Pompy tłokowe osiowe 9 ... 100 500
q czÄ…stki lakieru,
REXR0TH SIGMA
q kurz i piasek,
Pompy zębate 10 ... 300 300
q fragmenty uszczelek,
Pompy tłokowe (Hydromatik) 10 ... 36 1000
q środki czyszczące,
SAUER/SUNDSTRAND
q włókna tekstylne,
Pompy tłokowe 12 ... 600 1000
q woda,
VICKERS
q chłodziwo do obróbki metali skrawaniem (w obrabiarkach),
Pompy zębate
13 ... 54 860
q rozpuszczalniki.
Pompy Å‚opatkowe
13 ... 54 860
Pompy tłokowe rzędowe
W czasie pracy ciecz hydrauliczna może ulec degradacji termicz-
13 ... 54 220
promieniowe lub osiowe
nej, co objawia siÄ™ poprzez:
13 ... 54 860
Pompy tłokowe o osi łamanej
13 ... 54 110 q obecność kwasów organicznych (zwiększenie liczby kwasowej),
Silniki wolnobieżne
q zwiększenie lepkości,
V0LV0 HYDRAULIQUE
q tworzenie laków, nagarów i osadów,
Pompy tłokowe rzędowe
q niszczenie wrażliwych na korozję metali pod wpływem kwa-
promieniowe lub osiowe 10 ... 75 1000
Pompy tłokowe o osi łamanej 8 ... 80 850 sów.
Zwiększenie lepkości cieczy hydraulicznej jest objawem sta-
11.9.5 Stosowanie trudnopalnych cieczy
rzenia, natomiast zmniejszenie lepkości i wskaz
nika lepkości, jest
hydraulicznych
wynikiem ścinania dodatków lepkościowych.
Groz
ba pożaru lub przepisy bezpieczeństwa, mogą zmuszać do
stosowania trudnopalnej cieczy hydraulicznej.
11.11 Badania cieczy hydraulicznych w trakcie pracy
Ciecze typu HFA (E i S) oraz HFC są używane w dużych układach,
gdzie istnieje znaczna groz
ba przecieków, na przykład w układach
11.11.1 Badania w miejscu pracy
hydraulicznych maszyn stosowanych w kopalniach.
Ciecze typu HFC są używane w przemyśle, pod warunkiem, że
Badania wykonywane bezpośrednio w miejscu pracy dają
układ nie posiada miejsc gorących, o temperaturze przekraczającej
możliwość oszacowania wstępnego. Jeżeli ciecz jest całkowicie
55& 60 °C. Konieczne staje siÄ™ czÄ™ste sprawdzanie zawartoÅ›ci wody
klarowna, bez znacznych zmian koloru i zapachu, jest pewne, że
w pracującej cieczy hydraulicznej. Ciecze typu HFC spotyka się czę- nie występują groz
ne problemy starzenia termicznego lub zanie-
sto w urządzeniach do odlewania aluminium pod ciśnieniem.
czyszczenia. Na tym etapie, można wykryć:
Liczne rodzaje cieczy HFD (R, S, U) pozwalajÄ… na ich stosowanie
q obecność niewielkiej ilości wody (kropelki),
w układach gorących (często używanych w układach hydraulicz- q obecność dużej ilości wody (rozdzielanie na dwie fazy),
nych pieców stalowniczych).
q emulsję woda-olej (trwały matowy żółtawy kolor),
Dla wszystkich cieczy tego typu, w zakresie bezpieczeństwa
q pianę - suspensja powietrze-olej (kolor białawy, stopniowo zani-
pracy konieczne jest przestrzeganie zaleceń producenta, ze szcze- kający),
gólnym uwzględnieniem następujących czynników:
q większe cząstki metali, rdzy lub farby,
q ciśnienie użytkowania,
q starzenie termiczne (płyn o ciemnym kolorze i zapachu spalone-
q filtracja,
go oleju),
q uszczelki,
q osady.
q lakiery.
W przypadku obecności wody można wzrokowo, w przybliżeniu
określić jej stężenie:
q dla zawartości 75& 100 ppm w ciemnym oleju może pojawić się
11.10 Zmiany jakości cieczy hydraulicznych podczas
ledwo zauważalne, jaśniejsze zabarwienie,
pracy
q dla zawartości około 400 ppm można zauważyć mleczne zmęt-
nienie,
W czasie pracy niektóre właściwości cieczy hydraulicznej mogą
q dla zawartości około 1000 ppm zmętnienie może być biało-żół-
się pogarszać z powodu starzenia, zanieczyszczeń lub zużywania
te, a olej nieprzezroczysty.
się dodatków. Dotyczy to szczególnie:
q właściwości przeciwzużyciowych,
11.11.2 Kontrola okresowa
q właściwości przeciwrdzewnych,
q odporności na tworzenie emulsji (deemulgowanie),
Klasyczna analiza cieczy hydraulicznych, w toku kontroli okreso-
q właściwości przeciwpiennych.
wej, powinna obejmować badanie kilku ważnych parametrów, do
Parametry określające jakość stosowanej w instalacji cieczy hy- których zalicza się:
XI 9
q lepkość kinematyczną, Produkty procesów zużycia metali. Metody instrumentalne
q zawartość wody, (patrz p. 4.21) pozwalają określić obecność cząsteczek metali w cie-
q liczbę kwasową, czy hydraulicznej. Badania te umożliwiają dokonanie oceny stanu
q produkty procesów zużycia metali, technicznego elementów układu hydraulicznego oraz poszukiwa-
q stan czystości wg ISO 4406 lub NAS 1638. nie ewentualnych przyczyn nadmiernego zużycia.
W szczególnych przypadkach jest kontrolowana także zawar- q Spektrometria atomowa (emisyjna lub absorbcyjna) pozwala na
tość niektórych dodatków. określenie zawartości metali w cieczy hydraulicznej. Najczęściej
Lepkość kinematyczna. Pomiar lepkości kinematycznej wy- mierzy się zawartość tych metali, z których jest wykonany układ
konuje siÄ™ w temperaturze 40°C, metodami podanymi w p. 4.2.2. hydrauliczny lub jego najwrażliwsze elementy np.: żelaza, mie-
Jeżeli należy określić wskaz
nik lepkości, to pomiar wykonuje się dzi, glinu, itd.
także w temperaturze 100°C, a okreÅ›lenie tego parametru należy q Ferrografia, jest to technika uzupeÅ‚niajÄ…ca, która pozwala okre-
wykonać zgodnie z zasadami podanymi w p. 4.2.4. ślać zużycie części w zależności od liczby cząstek ścieru stalowe-
Zwiększenie lepkości może wynikać: go w próbce cieczy hydraulicznej.
q ze zmieszania z innym, nieodpowiednim olejem  bardziej lep- Stan czystości cieczy hydraulicznej jest oceniany poprzez
kim (uzupełnianie lub przeciek oleju smarującego do układu), pomiar zawartości zanieczyszczeń stałych (patrz p. 4.22.3) oraz
q z utleniania oleju (należy potwierdzić to innymi badaniami), ustalenie klasy czystości wg NAS 1638 lub poziomu czystości wg
q z odparowania wody (w przypadku cieczy trudnopalnych typu ISO 4406 (patrz p. 4.22.6). Mogą być używane różne metody po-
HFC). miaru i oceny stanu czystości cieczy hydraulicznej. Najczęściej są
Zmniejszenie lepkości może być skutkiem: stosowane metody polowe, pozwalające na ocenę stanu czystości
q zmieszania z nieodpowiednim olejem, o mniejszej lepkości cieczy hydraulicznej bezpośrednio w próbce pobranej z układu.
- bardziej płynnym, Konieczne jest przestrzeganie znormalizowanego sposobu pobie-
q ścinania, rania próbek.
q płukania lub czyszczenia rozpuszczalnikiem. Pomimo stosowania różnych środków ostrożności, ciecz
Dopuszczalne zmiany lepkości kinematycznej w temperaturze może ulec zanieczyszczeniu cząstkami stałymi z różnych z
ródeł.
40°C, wynoszÄ… Ä…10%. W celu zagwarantowania wymaganej czystoÅ›ci cieczy hydraulicz-
Zawartość wody. Zawartość wody w klasycznych płynach hy- nej, w niektórych typach precyzyjnych układów hydraulicznych,
draulicznych powinna utrzymywać się poniżej 0,1%. Powyżej tej może być konieczne kontrolowanie cieczy pod względem zawar-
wartości, niezbędne jest poszukanie przyczyn i zapobieganie im. tości zanieczyszczeń stałych. Przy tego typu kontroli, procedura
Liczba kwasowa (TAN) powinna być oznaczana metodami pobierania próbek nabiera jeszcze większego znaczenia niż przy
przedstawionymi w p. 4.10.3. pozostałych badaniach.
W przypadku oleju mineralnego, czystego lub z małą ilością Producent układu hydraulicznego zazwyczaj definiuje jaką
dodatków uszlachetniających (z początkową liczbą kwasową na czystość powinna mieć ciecz hydrauliczna w układzie, podając
poziomie zbliżonym do 0 mg KOH/g), zmiana liczby kwasowej klasę czystości wg NAS 1638 albo poziom czystości wg ISO 4406.
może być spowodowana tylko utlenianiem oleju (z wyjątkiem Wymagana czystość cieczy hydraulicznej zależy od konstrukcji
szczególnych przypadków zanieczyszczenia) i nie powinna ona być układu hydraulicznego oraz maksymalnego ciśnienia w układzie,
większa niż 0,5 mgKOH/g. co zasygnalizowano w p. 4.22. W przypadku braku takich danych,
W przypadku świeżego oleju hydraulicznego zawierającego do oceny czy ciecz hydrauliczna ma czystość wymaganą dla da-
dodatki o charakterze kwaśnym, początkowo może występować nego układu hydraulicznego, można posłużyć się przybliżonymi
zmniejszenie liczby kwasowej, powodowane stopniowym zuży- danymi, odczytanymi z wykresu (rys. 4.97).
waniem dodatków, a następnie wzrost powodowany utlenianiem.
W tym przypadku, można zaobserwować przejście liczby kwasowej
przez minimum.
10 XI