8. HYDRAULICZNE CIECZE ROBOCZE
SPIS TREÅšCI
8. Ciecze hydrauliczne ............................................................................................. .. 151
8.1. Funkcje oraz wymagane właściwości fizyko-chemiczne cieczy roboczych 151
8.2. Ciecze palne & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ... 152
8.3. Ciecze trudno palne i niepalne & & ... ........................................................... 154
8.4. Pytania kontrolne VIII & & & .& .. ................................................................ 159
H
 8. HYDRAULICZNE CIECZE ROBOCZE
8.1. Funkcje oraz wymagane właściwości fizyko-chemiczne cieczy
roboczych
Nośnikiem energii w napędzie hydrostatycznym jest ciecz, nazywana także czynnikiem
roboczym lub obiegowym. Jej rola jest podobna pod względem funkcjonalnym do tej, jaką
spełnia cięgno w napędach cięgnowych. Dlatego też ciecz roboczą należy uważać za element
konstrukcyjny, którego właściwości wywierają zasadniczy wpływ na pracę układu hydrau-
licznego, a więc na jego charakterystyki i sprawność, a także na trwałość innych elementów i
zespołów tworzących taki układ. To z kolei oznacza że ciecz robocza w układach hydraulicz-
nych musi spełniać cztery podstawowe funkcje:
- przenoszenie energii i sygnałów sterujących,
- smarowanie powierzchni ruchowych,
- odprowadzanie ciepła,
- uszczelnienie układu,
oraz następujące funkcje dodatkowe:
- zmniejszenie zużycia części układu hydraulicznego,
- ochronÄ™ przed korozjÄ…,
- zabezpieczenie przed szkodliwym działaniem powietrza.
Funkcje te należy uwzględnić przy wyborze cieczy hydraulicznej. Celem zapewnienia po-
prawności działania, trwałości i niezawodności układu hydraulicznego, ciecz musi mieć pew-
ne podstawowe właściwości fizyko-chemiczne, niezbędne dla wypełnienia wymienionych
funkcji. Właściwości te opisywane są przez cały szereg różnych parametrów i cech, w tym
m.in. przez:
- współczynnik lepkoÅ›ci dynamicznej µ lub kinematycznej ½,
- wskaz
nik lepkości WL,
- współczynnik Å›ciÅ›liwoÅ›ci ² lub moduÅ‚ sprężystoÅ›ci objÄ™toÅ›ciowej Ec,
- gÄ™stość Á,
- ciepło właściwe cw oraz współczynnik przewodzenia ciepła ,
- współczynnik rozszerzalności objętościowej ą,
- temperaturę zapłonu i samozapłonu oraz palenia,
- temperaturę krzepnięcia,
- punkt anilinowy (oddziaływanie na elastomery),
- liczbÄ™ kwasowÄ…,
- skłonność do pienienia,
- szybkość wydzielania powietrza,
- właściwości antykorozyjne,
- właściwości smarne i przeciwzużyciowe,
- odporność na hydrolizę, utlenianie i ścinanie.
Właściwości fizyko-chemiczne cieczy roboczych powinny być następujące:
- jak najmniejsza zmienność lepkości wraz ze zmianą temperatury w całym przewidywa-
nym zakresie temperatur pracy napędu,
- mała ściśliwość, a więc duży moduł sprężystości objętościowej,
151
- jak najmniejsza temperatura krzepnięcia i jak najwyższa temperatura zapłonu,
- duże ciepło właściwe, dobra przewodność i mała rozszerzalność cieplna,
- odporność na pienienie, utlenianie i degradację termiczną,
- dobre własności smarne w stosunku do wszystkich materiałów konstrukcyjnych, stosowa-
nych na elementy, w całym zakresie temperatur pracy układu,
- jednorodność struktury i trwałość chemiczna,
- obojętność chemiczna w stosunku do metali i materiałów uszczelnień.
Obecnie stosuje się w napędach hydrostatycznych, w zależności od miejsca pracy i przezna-
czenia napędzanego urządzenia, następujące rodzaje cieczy roboczych:
- oleje mineralne spreparowane z produktów destylacji ropy naftowej, będące cieczami pal-
nymi,
- ciecze trudno palne i niepalne w postaci emulsji oleju w wodzie lub wody w oleju oraz
roztworów glikoli w wodzie, bezwodnych cieczy syntetycznych, a także wody.
8.2. Ciecze palne
Jak dotąd najbardziej rozpowszechnione są oleje mineralne, z różnego typu domieszkami
uszlachetniającymi, poprawiającymi ich właściwości zgodnie ze specyficznymi wymaganiami
hydrostatycznych układów napędowych. Do dyspozycji użytkowników stoi grupa tzw. olejów
hydraulicznych o zróżnicowanych właściwościach. Olej uzyskiwany z ropy naftowej jest to
tzw. olej bazowy (wg ISO oznaczony symbolem HH), nie zawierający dodatków uszlachet-
niających i nie nadający się bezpośrednio do stosowania w układach hydrostatycznych. Do-
piero dodatki uszlachetniające dodane do oleju bazowego podwyższają jego jakość i uzdat-
niają do powszechnego zastosowania. W zależności od ilości i rodzaju dodatków rozróżnia
siÄ™ oleje o symbolach HL, HM, HV i HG.
" Oleje o symbolu HL zawierajÄ… tylko dodatki antyutleniajace i chroniÄ…ce przed korozjÄ….
Oleje tej grupy nie zawierają dodatków zmniejszających zużycie ścierne, z tego powodu
mogą być stosowane w średnio obciążonych układach napędu i sterowania hydrauliczne-
go pracujÄ…cych w temperaturach do 50 °C. Obecnie na rynku dostÄ™pne sÄ… oleje wykony-
wane w siedmiu klasach lepkości kinematycznej. Najważniejsze właściwości olejów gru-
py HL zestawiono w tabeli 8.1. Przykładowe oznaczenie oleju hydraulicznego grupy HL
o Å›redniej lepkoÅ›ci kinematycznej 46 cSt w temperaturze 40 °C jest nastÄ™pujÄ…ce: OLEJ
HYDRAULICZNY L-HL 46.
Tabela 8.1 wg PN  91/C-96057/04
Cecha Olej hydrauliczny grupy HL
Średnia lepkość kinematycz- mm2/
15 22 32 46 68 100 150
na w temperaturze 40 °C s
Wskaz
nik lepkości - e" 95 e" 90
Temperatura krzepniÄ™cia °C -33 -33 -27 -24 -24 -18 -12
Temperatura zapÅ‚onu °C 150 170 190 210
Zawartość wody % 0.05<
Punkt anilinowy °C 90 95
" Oleje o symbolu HM, prócz dodatków typowych dla olejów HL, zawierają dodatki
detergująco-dyspergujące oraz polepszające smarność i zmniejszające zużycie. Ze
względu na te dodatki oleje tej grupy mogą być stosowane w wysoko obciążonych
152
te dodatki oleje tej grupy mogą być stosowane w wysoko obciążonych układach napędu i
sterowania hydraulicznego. Obecnie na rynku dostępne są oleje wykonywane w siedmiu
klasach lepkości kinematycznej. Najważniejsze właściwości olejów grupy HM zestawio-
no w tabeli 8.2. Przykładowe oznaczenie oleju hydraulicznego grupy HM, o średniej lep-
koÅ›ci kinematycznej 32 cSt w temperaturze 40 °C jest: OLEJ HYDRAULICZNY L-HM
32.
Tabela 8.2 wg PN  91/C-96057-5
Cecha Olej hydrauliczny grupy HM
Średnia lepkość kinematycz- mm2/
15 22 32 46 68 100 150
na w temperaturze 40 °C s
Wskaz
nik lepkości - e" 95 e" 90
Temperatura krzepniÄ™cia °C -33 -33 -27 -24 -24 -18 -12
Temperatura zapÅ‚onu °C 150 170 190 210
Zawartość wody % 0.05<
Punkt anilinowy °C 90 95
" Oleje o symbolu HV, oprócz dodatków wymienionych wyżej, zawierają dodatki zwięk-
szajÄ…ce wskaz
nik lepkości. Oleje hydrauliczne grupy HV stosuje się w układach napędu i
sterowania hydraulicznego urządzeń napędowych maszyn budowlanych oraz w urządze-
niach jednostek pływających. Obecnie na rynku dostępne są oleje wykonywane w sied-
miu klasach lepkości kinematycznej. Najważniejsze właściwości olejów grupy HV ze-
stawiono w tabeli 8.3. Przykładowe oznaczenie oleju hydraulicznego grupy HV, o śred-
niej lepkoÅ›ci kinematycznej 68 cSt w temperaturze 40 °C jest: OLEJ HYDRAULICZNY
L-HV 68.
Tabela 8.3 wg PN  91/C-96057-6
Cecha Olej hydrauliczny grupy HM
Średnia lepkość kinematycz- mm2/
15 22 32 46 68 100 150
na w temperaturze 40°C s
Wskaz
nik lepkości - e" 140 e" 120
Temperatura krzepniÄ™cia °C -39 -36 -30 -27 -24 -21 -18
Temperatura zapÅ‚onu °C 140 160 180 190 200
Zawartość wody % 0.05<
Punkt anilinowy °C 90 95
" Oleje o symbolu HG mają właściwości olejów HM oraz zawierają dodatki o szczegól-
nych właściwościach smarujących.
W układach hydrostatycznych najczęściej stosowane są oleje HL i HM. Oleje te spełniają
w dużym stopniu wymienione wyżej wymagania, z wyjątkiem bezpieczeństwa przeciwpoża-
rowego. Choć mają wysoką temperaturę samozapłonu, to jednak w zetknięciu z ciałami na-
grzanymi do wysokiej temperatury mogą być przyczyną pożaru. W narzędziach i urządze-
niach hydraulicznych do małej mechanizacji z reguły stosowane są dwa rodzaje olejów hy-
draulicznych: HL 68 i HL 100.
153
Ze względu na bezpieczeństwo przeciwpożarowe w górnictwie węglowym odchodzi się
od stosowania olejów mineralnych jako nośnika energii ciśnienia. Przeciwwskazaniem sto-
sowania olejów w maszynach i urządzeniach górniczych jest również to, że wymagają dużych
objętości cieczy roboczej, co ze względu na cenę oleju, podnosi zasadniczo koszty inwesty-
cyjne i eksploatacyjne urzÄ…dzenia.
8.3. Ciecze trudno palne i niepalne
Ciecze trudno palne i niepalne stosowane są w przypadkach występowania niebezpieczeń-
stwa pożaru, konieczności ochrony środowiska naturalnego oraz wtedy, gdy ze względu na
bardzo duże ilości cieczy w obiegu i nieuniknione przecieki zewnętrzne stosowanie oleju mi-
neralnego staje się nieopłacalne i trzeba go zastąpić znacznie tańszą cieczą na bazie wody lub
nawet czystą wodą. W niektórych dziedzinach zastosowanie wody jako medium zamiast oleju
mineralnego okazało się korzystniejsze. Woda bowiem charakteryzuje się, w odróżnieniu od
oleju, następującymi właściwościami:
- ma niskie koszty nabycia,
- jest niepalna,
- nie zanieczyszcza środowiska,
- jest neutralna w kontakcie z innymi materiałami,
- niskie sÄ… koszty utylizacji przy pracy z czystÄ… wodÄ….
Woda jest najbardziej naturalnym płynem świata. Lepkość wody jest znacznie mniejsza
od lepkości oleju i praktycznie nie zależy od temperatury. Wynikające stąd mniejsze opory
przepływu zwiększają łączną sprawność układu o blisko 40% w stosunku do olejowych. Z
kolei ściśliwość oleju jest w porównaniu z wodą wyższa o ok. 50%, co sprawia że układy hy-
drauliczne wodne są bardziej sztywne. Ponieważ woda może odprowadzić dwukrotnie więcej
ciepła niż olej, w systemach wodnych można często zrezygnować z chłodzenia cieczy.
Współczynnik przewodzenia ciepła przez wodę jest bowiem pięciokrotnie wyższy niż oleju.
Przez zastosowanie wodnej technologii hydraulicznej można uniknąć dwu bardzo
istotnych wad konwencjonalnych systemów hydrauliki olejowej: zanieczyszczenia śro-
dowiska przez wyciekający olej mineralny oraz zagrożenia pożarem i wybuchem.
Wadami hydrauliki wodnej są: niedostateczne smarowanie ruchomych elementów
oraz korozja.
Obydwa te problemy są rozwiązywane przez nowe konstrukcje łożysk w pompach i silni-
kach, przez zastosowanie specjalnych tworzyw na bazie mieszaniny polimerowej oraz odpor-
nych nawet na warunki morskie stopów aluminium.
Podstawowe zasady budowy elementów konstrukcyjnych dla hydrauliki wodnej i olejowej
są w dużej mierze identyczne. Jednak przy zastosowaniu wody w miejsce oleju mineralnego
istnieją istotne różnice pod względem takich parametrów fizycznych jak lepkość, ciśnienie
pary, moduł ściśliwości oraz odporność na korozję (tab. 8.4). Przy konstrukcji i opracowaniu
elementów składowych dla wodnych systemów hydraulicznych, różnice te wymagają zasto-
sowania ciaśniejszych tolerancji, innych łożysk i elementów ślizgowych, jak również
zastosowania specjalnych uszczelnień.
Podobne wymagania jak dla hydrauliki wodnej występują przy konstruowaniu elementów
154
dla systemów hydraulicznych na bazie wody. Pierwsze kroki w zastosowaniu hydraulicznych
czynników roboczych na bazie wody uczyniono już podczas II wojny światowej. W latach
50-tych szeroko stosowane były roztwory glikolu i wody, które łączyły w sobie zalety oby-
dwu komponentów: niskie koszty utrzymania, niepalność wody oraz lepkość i temperaturę
krzepnięcia glikolu. W kilkanaście lat póz
niej zaczęto stosować emulsje wodno-olejowe. I w
tym przypadku niepalne właściwości wody oraz właściwości smarujące oleju zadecydowały o
zastosowaniu tego rodzaju medium.
Tabela 8.4. Porównanie oleju mineralnego z wodą
Olej
Praktyczne znaczenie w odniesieniu
Parametry cieczy mine- Woda
do systemu wodnego
ralny
Lepkość kinematyczna przy
15÷70 0,55 Zmniejszona strata ciÅ›nienia
50 0C [mm2/s]
0,87÷
Gęstość przy 15 0C [kg/dm3] 1 Tworzenie pustych przestrzeni
0,90
CiÅ›nienie pary przy 50 0C [MPa] 1,0Å"10-7 0,012 Tworzenie pustych przestrzeni
Udar wodny, polepszenie sztywności
Moduł sprężystości [MPa] 1600 2400
systemu
Prędkość akustyczna przy 20 0C
1300 1400 Wyższa prędkość reakcji
[m/s]
Przewodność cieplna przy 20 0C 0,11÷ Bardziej efektywne odprowadzanie
0,598
[W/(m 0C)] 0,14 ciepła; mniejsze wymiary chłodnicy
Ciepło właściwe przy 20 0C Bardziej efektywne odprowadzanie
1,89 4,18
[kJ/(kg 0C)] ciepła; mniejsze wymiary chłodnicy
Maksymalny zakres temperatury Środki przeciw mrozom; wyższa wy-
20÷90 3÷50
roboczej [0C] dajność nagrzewnicy
Temperatura zapłonu [0C] 210  Nie występuje zagrożenie pożarowe!
Elementy konstrukcyjne muszą być
wykonane z materiałów odpornych na
Odporność na korozję Dobra Zła korozję; możliwa konieczność podej-
mowania pewnych środków zarad-
czych w okresach dłuższego postoju
Żadne problemy z zanieczyszczeniem
Obciążenie środowiska Silne Żadne
środowiska
Relatywne koszty zakupu płynu
100 0,02 Oszczędność na kosztach
[%]
Koszty składowania Małe Żadne Oszczędność na kosztach
Wyso-
Koszty odprowadzania Małe Oszczędność na kosztach
kie
W latach 50-tych miała miejsce katastrofa górnicza w belgijskiej kopalni Marcinelle, któ-
rej przyczyną było zapalenie się przewodu hydraulicznego z olejem jako medium. W wyniku
pożaru zginęło wówczas 261 górników. To tragiczne zdarzenie spowodowało znaczne ograni-
czenie stosowania oleju mineralnego jako czynnika roboczego w kopalniach. Również w in-
nych gałęziach przemysłu zaczęto coraz częściej stosować media hydrauliczne na bazie wody.
Przede wszystkim w tych przypadkach, w których, z powodu istnienia dużych temperatur, za-
155
stosowanie oleju mogłoby spowodować zagrożenie pożarem. Przykładem tego rodzaju zagro-
żeń jest otwarty ogień, iskry elektryczne bądz
też kontakt z gorącymi powierzchniami. Istotną
rolę odgrywa tutaj nie tylko temperatura zapłonu, lecz również czas powstawania zapłonu dla
określonej temperatury (tab. 8.5). Im dłuższy jest ten czas, tym skuteczniej można zapobiec
ewentualnemu zapaleniu się medium. Czasy potrzebne do wywołania zapłonu cieczy robo-
czych najczęściej stosowanych w napędach hydrostatycznych, przy dwóch wybranych tempe-
raturach (750 i 1000 oC), zamieszczono w tabeli 8.5.
Tabela 8.5. Czasy w [s] potrzebne do wywołania zapłonu cieczy w
określonych temperaturach
Temperatura 750 o- Temperatura 1000
Ciecz robocza
o
C C
Olej mineralny 0 0
Olej mineralny + do-
2 0
datki
HFA (min. 95% H2O) Brak zapłonu 420
HFB 16 0
HFC 45 23
HFD Brak zapłonu 0
Woda Brak zapłonu Brak zapłonu
Z powyższego zestawienia wynika wyraz
nie, że obok wody, która zapewnia absolutne
bezpieczeństwo, jedynie ciecz HFA  przynajmniej z 95% zawartością wody - wykazuje bar-
dzo wysoki stopień bezpieczeństwa. W przypadku zastosowania tej cieczy zapłon może na-
stąpić dopiero w temperaturze ok. 1000, przy czym czas potrzebny do wywołania zapłonu w
tej temperaturze wynosi aż 7 min. Stosowanie medium hydraulicznego na bazie wody wyka-
zuje dobre rezultaty w wielu gałęziach przemysłu, w tym także w przemyśle górniczym
(zwłaszcza węglowym).
Ciecze trudno palne i niepalne dzielą się, zgodnie z ustaleniami ISO 6743 oraz póz
niej-
szymi ustaleniami międzynarodowymi (w tym V Raportem Europejskiej Komisji Bezpie-
czeństwa Górniczego), na cztery klasy, mianowicie:
" HFA  czyli emulsje typu olej w wodzie (olejowo-wodne) o maksymalnej zawartości czę-
Å›ci palnych 20%, przeznaczone do pracy w temperaturze +5 do +50 °C,
" HFB  czyli emulsje typu woda w oleju (wodno-olejowe) o maksymalnej zawartości czę-
Å›ci palnych 60%, przeznaczone do pracy w temperaturze +5 do +60 °C,
" HFC  czyli wodne roztwory polimerów o zawartości wody co najmniej 35%, przezna-
czone do pracy w temperaturze  20 do +70 °C,
" HFD  czyli ciecze bezwodne, przeznaczone do pracy w temperaturze  20 do +150 °C.
Ciecze HFA i HFB są emulsjami, z których częściej stosowana jest ciecz HFA. Emulsjami
stosowanymi w układach hydraulicznych określa się kompozycję dwu nie mieszających się ze
sobą cieczy, np. wody i oleju mineralnego, z których jedna stanowi fazę ciągłą, druga zaś fazę
rozproszoną. Stabilność emulsji uzyskuje się przez zastosowanie tzw. emulgatora, który jest
środkiem powierzchniowo czynnym. W emulsji olejowo-wodnej woda stanowi fazę ciągłą,
olej zaÅ›  fazÄ™ dyspersyjnÄ… (rozproszonÄ…), wytworzonÄ… za pomocÄ… emulgatora. Emulsje za-
wierają oprócz tego inhibitory korozji i dodatki uszlachetniające. Lepkość emulsji olejowo-
156
wodnych jest mała (zbliżona do lepkości wody) i nie rośnie proporcjonalnie wraz z zawarto-
ścią w niej oleju. Emulsja jest stabilna, a jej zdolność do ochrony metali przed korozją zależy
w dużym stopniu od jakości wody użytej do jej wytwarzania. Smarność emulsji jest natomiast
niska. Emulsje olejowo-wodne stosuje się w hydraulicznych układach maszyn górniczych
charakteryzujÄ…cych siÄ™ statycznÄ… pracÄ…, w temperaturach do okoÅ‚o 40 °C, przy ciÅ›nieniach do
około 40 MPa. Zastosowanie ich jest bardzo szerokie, gdyż stosowane są w układach hydrau-
licznych wszystkich obudów zmechanizowanych i przesuwników. Bardzo ważne znaczenie
dla emulsji olejowo-wodnej ma jakość wody użytej do jej wytwarzania. Woda musi mieć od-
powiednia twardość i nie może zawierać soli, które obniżają stabilność emulsji i powodują
korozję. Ważnym zjawiskiem jest korozja mikrobiologiczna emulsji olejowo-wodnej, której
z
ródłem są mikroorganizmy zawarte w wodzie. Takie skażenie emulsji powoduje wytwarza-
nie szlamów zatykających filtry oraz rozwarstwienie emulsji. Zakażeniu mikroorganizmami
towarzyszy nieprzyjemny zapach.
Ciecz klasy HFA nie jest gotowym produktem handlowym i użytkownik maszyny z napę-
dem hydraulicznym preparuje ją we własnym zakresie dodając do wody pitnej (pH > 8) od-
powiedni koncentrat w ilości do 20%; zwykle jednak nie więcej niż 5%. Wśród cieczy HFA
rozróżnia się trzy podgrupy oznaczone jako HFAE, HFAS i HFAM.
Ciecz HFAE jest emulsją koncentratu spreparowanego z olejów mineralnych i dodatków
mających na celu poprawić zdolność tworzenia się emulsji, właściwości smarne, odporność
na utlenianie i tworzenie się piany. Ciecz ta jest makroemulsją, w której rzeczywiste wymiary
kropli koncentratu zdyspergowanego w wodzie zawierajÄ… siÄ™ w granicach 40 do 250 µm.
Wśród zalet tej cieczy należy wymienić dobre właściwości przeciwzużyciowe oraz zadawala-
jącą nieagresywność w stosunku do metali i materiałów, z których wykonuje się uszczelnie-
nia. Wadą jest to, że nie jest w pełni biodegradowalna (olej  główny składnik koncentratu) i
może ulegać deemulgacji pod wpływem oddziaływania flory bakteryjnej. Stabilność emulsji
zależy również od twardości wody. Ciecz ta nie może być dokładnie filtrowana.
Ciecz HFAS jest mikroemulsjÄ… o dyspersji koloidalnej (wielkość kropli ok. 0,1 µm) kon-
centratu spreparowanego ze związków syntetycznych, zawierającego w swym składzie tylko
l0% dodatków w postaci olejów mineralnych dla poprawy własności przeciwzużyciowych,
które ma gorsze niż ciecz HFAE. Jest jednak w pełni biodegradowalna, wykazuje mniejszą
agresywność w stosunku do metali i materiałów służących do wyrobu uszczelnień oraz jest
mniej podatna na oddziaływanie flory bakteryjnej. Emulsja jest bardziej stabilna nawet dla
wody o dużej twardości. Ciecz może być filtrowana bardzo dokładnie. Ciecze z podgrupy
HFAS zalicza się często do wodnych roztworów związków chemicznych, a nie do emulsji.
W cieczy HFAM występuje 5% koncentrat, składający się głównie z olejów mineralnych i
tworzący również mikroemulsję. Specjalne dodatki emulgacyjne, jakie zawiera koncentrat,
sprawiają, że stopień jego zdyspergowania jest większy niż w cieczy HFAE. Wymiary kropli
w warunkach normalnej eksploatacji ukÅ‚adu zawierajÄ… siÄ™ w przedziale od 2 do 25 µm. WÅ‚a-
sności przeciwzużyciowe i antykorozyjne są dla tej cieczy lepsze niż dla cieczy HFAE, przy
zachowaniu jednak wszystkich pozostałych jej wad.
Wszystkie trzy rodzaje cieczy typu HFA są całkowicie niepalne i nietoksyczne. Jednak zu-
pełnej biodegradacji ulega jedynie ciecz HFAS i dlatego z punktu widzenia ochrony środowi-
ska naturalnego jest to ciecz najkorzystniejsza. Gdyby odpowiednimi dodatkami udało się
157
ulepszyć pod tym względem ciecz typu HFAM, to byłoby rozwiązanie optymalne. Ciecze kla-
sy HFA mają w porównaniu z olejami hydraulicznymi większą gęstość.
Ciecze klasy HFB są  jak już wiemy  emulsjami wodno-olejowymi, w których fazę cie-
kłą stanowi olej, fazę zaś dyspersyjną  woda. To odwrócenie faz w stosunku do emulsji ole-
jowo-wodnej ma znaczny wpływ na własności emulsji. Podstawowym ich składnikiem jest
olej (do 60%), a więc mają wszystkie wady olejów. Lepkość emulsji wodno-olejowej zależy
od lepkości oleju (emulgatora) służącego do jej wytworzenia, od względnej zawartości wody
oraz od temperatury. Ze wzrostem względnej zawartości oleju lepkość emulsji wzrasta. Lep-
kość emulsji wodno-olejowej zależy także od prędkości jej ścinania (ciecz newtonowska).
Emulsje wodno-olejowe stosuje się powszechnie w górnictwie angielskim. Nadają się one do
pracy w układach hydraulicznych z pompami i silnikami zębatymi oraz tłokowymi, jednak
przy ograniczonych ciśnieniach. Przy stosowaniu ich w układach z pompami łopatkowymi
lepkość emulsji może się znacznie obniżyć wskutek występowania między krawędziami łopa-
tek a bieżnią dużych sił ścinających. Zawężone warunki stosowania emulsji wodno-
olejowych (mniejsze ciśnienia i kłopotliwa eksploatacja)  spowodowały zahamowanie prac
nad ich rozwojem, dlatego obecnie nie odgrywają większej roli jako ciecze robocze w hydro-
statycznych układach napędowych.
Ciecze klasy HFC należą do najwcześniej opracowanych cieczy roboczych dla hydrosta-
tycznych układów napędowych. Są to roztwory wodne (zawartość wody od 35 do 50%) poli-
merów, zawierające do 10% dodatków uszlachetniających, których zadaniem jest poprawa
właściwości fizyko-chemicznych cieczy. Właściwości te, w tym przede wszystkim trudnopal-
ność, zależą zasadniczo od zawartości wody, która powinna być systematycznie sprawdzana.
Odbywa się to prawie wyłącznie przez sprawdzanie lepkości cieczy, która wzrasta z ubytkiem
wody. Lepkość wodnych roztworów polimerów jest zbliżona do lepkości olejów mineralnych
i charakteryzuje się małą zależnością od temperatury (wysokim wskaz
nikiem lepkości). Dzię-
ki zastosowaniu inhibitorów ciecze te mają dobrą zdolność do ochrony metali przed korozją
oraz własności smarne zbliżone do własności smarnych olejów mineralnych. Wodne roztwory
polimerów znajdują coraz szersze zastosowanie jako trudno palne ciecze robocze. Szczegól-
nie szybki rozwój tych cieczy obserwuje się w Niemczech, gdzie dopuszczono do stosowania
w górnictwie węglowym ponad 20 gatunków wodnych roztworów polimerów. Mogą być sto-
sowane w układach hydraulicznych pod warunkiem prawidłowego doboru materiałów kon-
strukcyjnych odpornych na korozję i częstej kontroli jakości cieczy, a zwłaszcza zawartości
wody.
Wśród cieczy klasy HFD najszersze zastosowanie znajdują współcześnie czyste estry fos-
foranowe. Są to bezwodne ciecze syntetyczne zupełnie nietoksyczne i bez zarzutu pod wzglę-
dem biologicznym. Z uwagi na ochronę środowiska naturalnego są jednak równie kłopotliwe
jak oleje, ponieważ nie ulegają biodegradacji. Lepkość cieczy HFD jest porównywalna z lep-
kością olejów. Właściwości smarne i odporności na wysokie ciśnienia estrów fosforanowych
są bardzo dobre. Ciecze te mogą więc pracować w układach dużej mocy i o nominalnych ci-
śnieniach roboczych do 35 MPa. Ujemną cechą tych cieczy jest silna agresywność w stosun-
ku do uszczelnień gumowych.
Podsumowując, można stwierdzić, że powszechność stosowania cieczy trudno palnych i
niepalnych nie jest jeszcze sprawą najbliższej przyszłości. Obecnie stosuje się je tylko w tych
przypadkach, w których oleje nie mogą być stosowane ze względu na bezpieczeństwo prze-
ciwpożarowe lub ochronę środowiska naturalnego. Pod względem ceny ciecze HFA są tańsze
158
od olejów, natomiast ciecze klasy HFC i HFD są kilkakrotnie droższe. Poza tym koszt cieczy
jest tylko częścią kosztów układu napędowego. Tymczasem przy przechodzeniu z oleju na
ciecze trudno palne wzrastają dość znacznie koszty elementów oraz konstrukcji napędu, a
także nakłady związane z niezbędną systematyczną kontrolą jakości cieczy.
Nadal poszukuje się najodpowiedniejszych cieczy do napędów hydrostatycznych, w tym
także do maszyn, urządzeń i narzędzi górniczych prowadząc szeroko zakrojone badania
w specjalistycznych laboratoriach. Zmierzają one do systematycznej poprawy właściwości
cieczy, wymuszonej coraz liczniejszymi zastosowaniami napędów hydrostatycznych i wzra-
stającymi stale w stosunku do nich wymaganiami. Poszukuje się także cieczy roboczych na
bazie wody, całkowicie niepalnych, o lepkości prawie niezależnej od temperatury, o mniej-
szej szkodliwości dla środowiska naturalnego, a przede wszystkim tanich.
159