Гидравлические жидкости

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 26 Октября 2013 в 14:45, реферат

Краткое описание

Гидравлическая система преобразует небольшое усилие в значительно большее, используя гидравлическую жидкость для передачи энергии с целью перемещения, управления или приведения в действие. Основной принцип работы гидравлической системы иллюстрируется схемой, на которой показан простой домкрат для автомобиля. В этом устройстве поршень малого насоса используется для оказания давления на жидкость. Жидкость в системе передает давление на цилиндр, в котором нагрузку несет на себе больший поршень.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Водоструйная резка.docx

— 555.55 Кб (Скачать документ)

Гидравлические  жидкости  

 

Принцип работы гидравлических систем.

 
Гидравлическая система преобразует  небольшое усилие в значительно  большее, используя гидравлическую жидкость для передачи энергии с  целью перемещения, управления или  приведения в действие. Основной принцип  работы гидравлической системы иллюстрируется схемой, на которой показан простой  домкрат для автомобиля. В этом устройстве поршень малого насоса используется для оказания давления на жидкость. Жидкость в системе передает давление на цилиндр, в котором нагрузку несет  на себе больший поршень. С увеличением  силы, действующей на меньший поршень, давление повышается до тех пор, пока не становится достаточным для компенсации нагрузки. Гидравлические системы, такие, как этот простой автомобильный домкрат, работают потому, что жидкости являются практически несжимаемыми. При подаче жидкости в систему она передает давление равномерно по всем направлениям и действует с одинаковой силой на все равновеликие площади (‘закон Паскаля’). Это означает, что с помощью приложения малого усилия на малой площади можно выдержать большую нагрузку на большой площади. Усилие, прикладываемое к меньшему поршню, увеличивается большим поршнем пропорционально их размерам. В этом случае усилие величиной 10 Н, прикладываемое к поршню площадью 1 см2, создает давление равное 10 бар. Давление величиной 10 бар, действующее на площадь 100 см2, позволяет выдерживать нагрузку 1000 кг.  

 

Применение гидравлической энергии

Применение гидравлической (жидкостной) энергии является очень  эффективным способом передачи энергии.

Преимущества гидравлической энергии:

  • эффективность и точность при перемещении тяжелых грузов с точной регулировкой;
  • гибкостью для точного регулирования больших и малых усилий;
  • надежность (оборудование можно защитить от перегрузки с помощью простых клапанов сброса давления.);
  • компактность и экономичность систем.

Гидравлические системы  встречаются почти во всех отраслях промышленности:

  • производстве (например, литьевых машинах, прессах, тяжелых манипуляторах, станках, роботах, формовочных машинах для пластмассы);
  • горно- и нефтедобывающей промышленности, мостах и шлюзовых воротах, спасательном оборудовании.

  • Имеют специализированное применение (в оборудовании технологического контроля, пилотажных тренажерах, испытательных стендах, ветровых турбинах).

  • мобильной технике (например, экскаваторах и кранах, строительной технике, автодорожном транспорте, сельскохозяйственных машинах, самолетах, кораблях);

Основные компоненты гидравлической системы

  1. Привод-поршень
  2. Гидрораспределитель
  3. Масляный фильтр
  4. Аварийный клапан сброса давления (предохранительный)
  5. Насос
  6. Резервуар

Ниже приведены изображения некоторых основных компонентов гидравлической системы

Наиболее важным компонентом  любой гидравлической системы является жидкость, которую содержит система. Свойства, которые требуются от гидравлических жидкостей, рассмотрим ниже.

В основе любой гидравлической системы находится насос. Наиболее часто используется один из трех типов  насосов: шестеренные, пластинчатые или  поршневые насосы. Принципы работы насосов этих типов приводятся ниже.

 

Привод или гидравлический мотор является основным компонентом  системы, в котором механическая работа выполняется с помощью  движения гидравлической жидкости. Простейшими  двигателями являются линейные приводы, в которых жидкость оказывает  давление на поршень цилиндра. Линейные приводы могут использоваться для  создания движения только в одном  либо двух направлениях. Вращательное движение можно получить с помощью  гидравлических моторов, которые аналогичны насосам, но принцип их действия противоположен. Жидкость подается в устройство под  давлением и выполняет механическую работу, поворачивая вал. 

 

Клапаны используются в гидравлических контурах для регулировки рабочего давления (которое определяет нагрузку для перемещения), направление потока (определяющее направление движения) и расход (определяющий скорость переноса нагрузки). 

Другими важными компонентами являются резервуар (или бак) и фильтры.


Шестеренные и пластинчатые гидравлические насосы

Шестеренные насосы компактны, механически просты и относительно дешевы. Они часто используются в  устройствах низкого давления (500 фунтов на квадратный дюйм / 34 бар) небольших  передвижных устройств, например в  землеройных машинах или экскаваторах. Шестеренный насос наружного  зацепления состоит из пары зубчатых колес, которые вращаются внутри плотно пригнанного корпуса.

Внешний вал приводит в  действие одно зубчатое колесо, которое, в свою очередь, приводит в действие другое зубчатое колесо пары и вращает  его в противоположном направлении. При вращении зубчатых колес жидкость всасывается с одной стороны, переносится по окружности корпуса  во впадинах между зубьями зубчатых колес и, в конечном итоге, выталкивается с другой стороны. (Синим цветом изображена всасываемая жидкость, красным - выталкиваемая)

Пластинчатые насосы широко распространены, так как компактны  и при одинаковом давлении могут  нагнетать большее количество жидкости по сравнению с шестеренными насосами. Эти насосы часто используются в  промышленном оборудовании при давлении до 1000 фунтов на квадратный дюйм / 68 бар.

Простейший пластинчатый насос имеет цилиндрический ротор, который устанавливается в цилиндрическом корпусе со смещением относительно центра. В роторе установлен ряд  пластин, которые могут входить  и выходить из пазов при вращении. Когда ротор вращается, объем  между смежными пластинами попеременно  то увеличивается, то уменьшается. Жидкость всасывается насосом в то место, где расстояние между ротором и корпусом увеличено, затем переносится по окружности корпуса и выталкивается там, где это расстояние минимально.

Пластинчатые насосы выдвигают  повышенные требования к смазочным  свойствам гидравлической жидкости. Это происходит из-за контакта стальных поверхностей пластин, скользящих по поверхности  стопорного (статорного) кольца.


Поршневой гидравлический насос

Поршневые насосы могут создавать  гораздо более высокое давление (3000 фунтов на квадратный дюйм / 206 бар  и выше), а также обеспечивать более высокую скорость потока по сравнению с шестеренными и пластинчатыми  насосами.

Поршневые насосы часто используются в стационарных и больших по величине передвижных устройствах. 

Здесь рассматривается часто  используемый тип поршневого насоса, а именно аксиально-поршневой насос , который имеет ряд поршней, устанавленных вокруг оси блока цилиндров. Поршни соединены с диском, который устанавлен под углом к блоку таким образом, чтобы при вращении диска поршни вдвигались в свои цилиндры и выдвигались из них, соответственно всасывая и выталкивая жидкость.


Основные функции  гидравлической жидкости и требования к ней

Гидравлическая жидкость должна выполнять несколько функций.

Передача энергии - является основной целью использования гидравлической жидкости. Для эффективной передачи гидравлической энергии необходима жидкость, которая не сжимается и легко течет по гидравлическому контуру. Необходимо отметить, что нагрузка на гидровлические масла постоянно растет. Индекс нагрузки запоследние 40 лет увеличился в 15-ть раз!

Смазывание - оборудование, используемое в гидравлических системах, изготавливается, как правило, с высокой точностью. Все движущиеся детали должны быть соответствующим образом смазаны для минимизации трения и изнашивания. Гидравлическая жидкость постоянно используется для этой цели, также как для передачи энергии.

Защита - система должна быть защищена от коррозии.

Охлаждение - жидкость должна быть способна рассеивать любое количество тепла, выделяющееся в гидравлической системе.

Способность выдерживать  условия, которые существуют в системе - гидравлическая жидкость должна быть устойчива к воздействию тепла и окислению, а также не должна разлагаться с образованием отложений и шламов.

Жидкость также должна быстро отделять воду и легко фильтроваться для удаления твердых примесей, должна иметь гидролитическую стабильность.  

Понимание проблем  и связанных с ними затрат

 
 
           

Типичные проблемы гидросистем

 
  

70% отказов гидравлических  систем возникает из-за состояния  масла. 40% таких отказов имеет  непосредственное отношение к  эксплуатационным качествам масла, 60% связаны с чистотой масла. (Износ  - металлы, разложение масла –  общее кислотное число, вязкость, ИК-спектр, пенообразование и ржавление,  загрязнение – воздух, вода, грязь,  шламы, другие жидкости и т.д.)

5 важнейших проблем  гидравлических систем и рабочих  жидкостей

Устойчивость  гидравлического масла к окислению - обеспечивает более длительный эксплуатационный ресурс рабочей жидкости и и узлов/компонентов системы

Высокая температура - термическая стабильность - обеспечивает повышенную чистоту и более длительный эксплуатационный ресурс рабочей жидкости и оборудования при высоких рабочих температурах

Обводнение –  гидролитическая стабильность - обеспечивает сохранение эксплуатационных характеристик при наличии в системе воды, защиту деталей системы от химического воздействия и коррозии

Защита от изнашивания - обеспечивает защиту деталей системы, увеличивая срок их службы

Тонкодисперсное загрязнение - фильтруемость - позволяет использовать ультратонкие фильтры даже при наличии воды и химических загрязнителей, что способствует работе системы в условиях повышенной чистоты

Ниже приведены изображения, иллюстрирующие обозначенные проблемы гидравлических систем и рабочих  жидкостей:

Проблемы гидросистем – окисление

Лаковые отложения внутри масляного бака

Проблемы гидросистем - высокая температура

 
Пример из руководства Denison: 
Жидкость с низкими эксплуатационными свойствами при высоких температурах/ недостаточной термической стабильностью

Проблемы гидросистем - высокая температура

Лаковые отложения на золотнике - следствие низкой термической стабильности

Проблемы гидросистем – обводнение

 
Вода в системе приводит к изнашиванию насоса

Проблемы гидросистем – изнашивание

Пример из руководства  Denison: 
Волнистости, вызванные износом и залипанием пластин 
Жидкость с недостаточной деаэрационной способностью,  низкими противоизносными и антикоррозионными свойствами

Проблемы гидросистем – мелкодисперсное загрязнение 
Поршень аксиально-поршневого насоса, поврежденный вследствие загрязнения масла.

Проблемы гидросистем -Тонкодисперсное загрязнение - фильтруемость

Фильтр, забитый продуктами реакции присадок


 

Методы оценки гидравлических жидкостей

Оценка окислительной  стабильности.  

Для оценка стойкости гидравлической жидкости к окислению используют метод TOST (Turbine Oil Stability Test). Устойчивость к окислению -это признак срока службы масла.

1000 часов TOST (стандартный  метод). Окисление жидкости вызывается нагревом до (95 oC), в присутствии воды, кислорода и металлов (медной и стальной проволоки). Затем проводится измерение общего кислотного числа (TAN) и продуктов окисления через 1000 часов;

Ресурс TOST. Для оценки склонности масла к образованию углеродистых отложений и (или) коррозии металлов при окислении определяют ресурс TOST. Испытание проходит по вышеописанному сценарию, но длится дольше. Фиксируется время, необходимого для достижения общего кислотного числа, равного 2 мг КОН/г. 

Термическая стабильность.  

Последствия разложения из-за тепла аналогичны окислению:

  • повышение кислотности;
  • образование углеродистых отложений;
  • рост вязкости.

Хорошая термическая стабильность также необходима во избежание коррозии металлов при высоких рабочих  температурах. Выше 60oC при повышении  рабочей температуры на каждые 10oC ресурс масла уменьшается вдвое (термическое и окислительное  разложение).

Температура является одним  из основных факторов, ускоряющих окисление. Скорость любой химической реакции, в том числе и окисления  смазочного материала, повышается при  увеличении температуры. Скорость окисления  достаточно мала при температурах ниже 60°C, но выше этой температуры она  становится критическим фактором. Для  многих смазочных материалов необходимо, чтобы они были термически стабильными  во избежание образования отложений  и шламов, а также для защищали от коррозии при высоких рабочих  температурах как черные, так и  цветные металлы.  

Оценка термической  стабильности

Cincinnati Machine (стандартный метод испытания) 
Тепловое разложение жидкости вызывается высокой температурой (135 oC) в присутствии медных и стальных стержней. Состояние стальных и медных стержней; изменение вязкости и кислотности смазки, образование шлама измеряется спустя 168 часов. 
При оценке термической стабильности масла особенно важна устойчивость противоизносных присадок против распада с образованием коррозионно-активных кислот. Термическая стабильность - это способность смазочного материала выдерживать высокие температуры не разлагаясь.  
Метод Cincinnati Machine (ранее Cincinnati Milacron, теперь ‘Cincinnati Lamb’) широко используется для сертификации (в частности, гидравлических жидкостей), но также используется для оценки термической стабильности других промышленных смазочных материалов.

Когда система работает при  высоких температурах, необходимо тщательно  выбирать присадки. Некоторые присадки, превосходно работая при обычных  рабочих температурах, имеют ограниченную термическую стабильность. При повышении  температуры происходит их химический распад. Присадка, вместо того, чтобы  быть преимуществом, начинает наносить системе вред, образуя коррозионно-активные кислоты. Прежде это происходило  с участием ряда диалкил-дитиофосфатов цинка (ZDTP). 

Гидролитическая стабильность.

Что это такое? Способность  гидравлической жидкости не образовывать кислот в присутствии воды. 

Почему гидролитическая  стабильность имеет важное значение?

Благодаря ей сталь и цветные  металлы защищены от коррозии, а  жидкость служит дольше! Вода - не редкость в гидравлических системах, ее присутсивие является следствием загрязнения, условий эксплуатации и конденсации влаги. Для некоторые видов цинксодержащих присадок характерна низкая гидролитическая стабильность. Взаимодействие воды и присадок может привести к образованию кислот, что, в свою очередь, может вызвать образование шламов и коррозию цветных металлов.

Оценка гидролитической  стабильности проводится измерением кислотного числа и/или  потерей массы введеной в гидравлическую жидкость меди.

Оценка фильтруемости.

Для оценки фильтруемости используются методы:

TMS 371 (метод испытаний  в тяжелых условиях, используемый Шелл)

AFNOR (индекс фильтруемости)

 
  

Оценка защиты от изнашивания. 

Для оценки защиты от изнашивания используются методы: Eaton M-2952 и I-286S 

Стандрты и класификация гидравлических жидкостей

Стандарты DIN и ISO уже недостаточно хороши:

  • ASTM D6158 HM, ASTM D2070
  • DIN 51 524
  • Cincinnati P-68, P-69, P-70
  • Denison HF-0, HF-1, HF-2
  • Eaton(Vickers) I-286-S, M2950-S
  • GM LS/2 (AW)
  • Bosch Rexroth
  • Шведский стандарт SS 15 54 34 AM

CM, Denison, Eaton и Rexroth ведут сертификационные списки.

Еще известны технические  условия по гидравлическим жидкостям:

  • Komatsu KES 07.841.1
  • US Steel 126/127/136 
    Оба этих стандарта включают серии специализированных внутрифирменных испытаний производителей оборудования.

Гидравлические масла (рабочие  жидкости для гидравлических систем) разделяют на нефтяные, синтетические  и водно-гликолевые.

Большинство массовых сортов гидравлических масел вырабатывают на основе хорошо очищенных базовых  масел, получаемых из рядовых нефтяных фракций с использованием современных  технологических процессов экстракционной и гидрокаталитической очистки.

Физико-химические и эксплуатационные свойства современных гидравлических масел значительно улучшаются при  введении в них функциональных присадок - антиокислительных, антикоррозионных, противоизносных, антипенных и др.

Вязкостные и низкотемпературные свойства определяют температурный диапазон эксплуатации гидросистем и оказывают решающее влияние на выходные характеристики гидропривода. При выборе вязкости гидравлического масла важно знать тип насоса. Изготовители насоса, как правило, рекомендут для него пределы вязкости: максимальный, минимальный и оптимальный. Максимальная - это наибольшая вязкость, при которой насос в состоянии прокачивать масло. Она зависит от мощности насоса, диаметра и протяженности трубопровода. Минимальная - это та вязкость при рабочей температуре, при которой гидросистема работает достаточно надежно. Если вязкость уменьшается ниже допустимой, растут объемные потери (утечки) в насосе и клапанах, соответственно падает мощность и ухудшаются условия смазывания. Пониженная вязкость гидравлического масла вызывает наиболее интенсивное проявление усталостных видов изнашивания контактирующих деталей гидросистемы. Повышенная вязкость значительно увеличивает механические потери привода, затрудняет относительное перемещение деталей насоса и клапанов, делает невозможной работу гидросистем в условиях пониженных температур.

Вязкость масла непосредственно  связана с температурой кипения  масляной фракции, ее средней молекулярной массой, с групповым химическим составом и строением углеводородов. Указанными факторами определяется абсолютная вязкость масла, а также его вязкостно-температурные  свойства, т.е. изменение вязкости с  изменением температуры. Последнее  характеризуется индексом вязкости масла.

Для улучшения вязкостно-температурных  свойств применяют вязкостные (загущающие) присадки - полимерные соединения. В составе товарных гидравлических масел в качестве загущающих присадок используют полиметакрилаты, полиизобутилены и продукты полимеризации винил-бутилового эфира (винипол).

Антиокислительная и химическая стабильности характеризуют стойкость масла к окислению в процессе эксплуатации под воздействием температуры, усиленного барботажа масла воздухом при работе насоса. Окисление масла приводит к изменению его вязкости (как правило, к повышению) и к накоплению в нем продуктов окисления, образующих осадки и лаковые отложения на поверхностях деталей гидросистемы, что затрудняет ее работу.

Повышения антиокислительных свойств гидравлических масел достигают путем введения антиокислительных присадок обычно фенольного и аминного типов.

В гидросистемах машин и механизмов присутствуют детали из разных металлов: разных марок стали, алюминия, бронзы, которые могут подвергаться коррозионно-химическому изнашиванию. Коррозия металлов может быть электрохимической, возникающей обычно в присутствии воды, и химической, протекающей под воздействием химически агрессивных сред (кислых соединений, образующихся в процессе окисления масла) и под воздействием химически-активных продуктов расщепления присадок при повышенных контактных температурах поверхностей трения. Устранению коррозии металлов способствуют вводимые в масло присадки - ингибиторы окисления. препятствующие образованию кислых соединений, и специальные антикоррозионные добавки.

Стремление к улучшению  противоизносных свойств гидравлических масел вызвано включением в новые конструкции гидравлических систем интенсифицированных гидравлических насосов. Наибольшее распространение в качестве присадок, обеспечивающих достаточный уровень противоизносных свойств гидравлических масел, наибольшее распространение получили диалкилдитиофосфаты металлов (в основном цинка) или беззольные (аминные соли и сложные эфиры дитиофосфорной кислоты).

К гидравлическим маслам предъявляют  достаточно жесткие требования по нейтральности  их по отношению к длительно контактирующим с ними материалам. Учитывая, что  рабочие температуры масла в  современных гидропередачах достаточно высоки и резиновые уплотнения могут  быстро разрушаться, в гидравлических маслах недопустимо высокое содержание ароматических углеводородов, проявляющих наибольшую агрессивность по отношению к резинам. Содержание ароматических углеводородов характеризуется показателем "анилиновая точка" базового масла.

При работе циркулирующих  гидравлических масел недопустимо  пенообразование. Оно нарушает подачу масла к узлу трения и, насыщая  масло воздухом, интенсифицирует  его окисление, ухудшая отвод  тепла от рабочих поверхностей, вызывает кавитационные повреждения деталей, перегрев гидропривода и его повышенный износ. Для обеспечения хороших антипенных свойств масла преимущественное значение имеет полнота удаления из базового масла поверхностно-активных смолистых веществ. Чтобы предотвратить образование пены или ускорить ее разрушение, в масло вводят антипенную присадку (например, полиметилсилоксан), которая снижает поверхностное натяжение на границе раздела жидкости и воздуха, что приводит к ускоренному разрушению пузырьков пены.

В составе гидравлических масел крайне нежелательно наличие  механических примесей и воды. Вследствие весьма малых зазоров рабочих  пар гидросистем (особенно, оснащенных аксиально-поршневыми механизмами) наличие загрязнений может привести не только к износу элементов гидрооборудования, но и к заклиниванию деталей. Для очистки рабочей жидкости от загрязнений в гидросистемах применяют фильтры различных типов. Даже незначительное количество (0,05-0,1 %) воды отрицательно влияет на работу гидросистем. Вода, попадающая в гидросистему с маслом или в процессе эксплуатации, ускоряет процесс окисления масла, вызывает гидролиз гидролитически неустойчивых компонентов масла (в частности, присадок - солей металлов). Продукты гидролиза присадок вызывают электрохимическую коррозию металлов гидросистемы. Вода способствует образованию шлама неорганического и органического происхождения, который забивает фильтр и зазоры оборудования, тем самым нарушая работу гидросистемы.

К некоторым маслам предъявляют  специфические, дополнительные требования. Так, масла, загущенные полимерными  присадками, должны обладать достаточно высокой стойкостью к механической и термической деструкции; для  масел, эксплуатируемых в гидросистемах речной и морской техники, особенно важна влагостойкость присадок и малая эмульгируемооть.

В некоторых специфических  областях применения, таких, как горнодобывающая  и сталелитейная промышленности, в отдельную группу выделились огнестойкие  рабочие жидкости на водной основе (эмульсии "масло в воде", "вода в масле", водно-гликолевые смеси  и др.) и жидкости, не содержащие воды (сложные эфиры фосфорной кислоты, олигоорганосилоксаны, фторированные углеводороды и др.). 

Система обозначения  гидравлических масел

Принятая в мире классификация  минеральных гидравлических масел  основана на их вязкости и наличии  присадок, обеспечивающих необходимый  уровень эксплуатационных свойств.

В соответствии с ГОСТ 17479.3-85 ("Масла гидравлические. Классификация и обозначение") обозначение отечественных гидравлических масел состоит из групп знаков, первая из которых обозначается буквами "МГ" (минеральное гидравлическое), вторая - цифрами и характеризует класс кинематической вязкости, третья - буквами и указывает на принадлежность масла к группе по эксплуатационным свойствам.

Классы вязкости гидравлических масел (табл. 1) 

Класс вязкости

Кинематическая вязкость при 40 °С, мм2/c

Класс вязкости

Кинематическая вязкость при 40 °С, мм2/c

5

4,14-5,06

32

28,80-35,20

7

6,12-7,48

46

41,40-50,60

10

9,00-11,00

68

61,20-74,80

15

13,50-16,50

100

90,00-110,00

22

19,80-24,20

150

135,00- 165,00


 

По ГОСТ 17479.3-85 (аналогично международному стандарту ISO 3448) гидравлические масла по значению вязкости при 40 °С делятся на 10 классов (табл. 1).

В зависимости от эксплуатационных свойств и состава (наличия соответствующих  функциональных присадок) гидравлические масла делят на группы А, Б и  В.

Группа А (группа НН по ISO) - нефтяные масла без присадок, применяемые  в малонагруженных гидросистемах с шестеренными или поршневыми насосами, работающими при давлении до 15 МПа и максимальной температуре масла в объеме до 80 °С.

Группа Б (группа HL по ISO) - масла с антиокислительными и антикоррозионными присадками. Предназначены для средненапряженных гидросистем с различными насосами, работающими при давлениях до 2,5 МПа и температуре масла в объеме свыше 80 °С.

Группа В (группа HM по ISO) - хорошо очищенные масла с антиокислительными, антикоррозионными и противоизносными присадками. Предназначены для гидросистем, работающих при давлении свыше 25 МПа и температуре масла в объеме свыше 90 °С.

В масла всех указанных  групп могут быть введены загущающие (вязкостные) и антипенные присадки.

Загущенные вязкостными полимерными присадками гидравлические масла соответствуют группе HV по ISO 6743/4.

В таблице приведено обозначение  гидравлических масел существующего  ассортимента в соответстствии с классификацией по ГОСТ 17479.3-85.

Обозначение отечественных  товарных гидравлических масел 

Обозначение масла по ГОСТ 17479.3-85

Товарная марка

Обозначение масла по ГОСТ 17479.3-85

Товарная марка

МГ-5-Б

МГЕ-4А, ЛЗ-МГ-2

МГ-22-В

"Р"

МГ-7-Б

МГ-7-Б, РМ

МГ-32-А

"ЭШ"

МГ-10-Б

МГ-10-Б, РМЦ

МГ-32-В

"А", МГТ

МГ-15-Б

АМГ-10

МГ-46-В

МГЕ-46В

МГ-15-В

МГЕ-10А, ВМГЗ

МГ-68-В

МГ-8А-(М8-А)

МГ-22-А

АУ

МГ-100-Б

ГЖД-14С

МГ-22-Б

АУП

   

 

В таблице кроме чисто  гидравлических масел включены масла  марок "А", "Р", МГТ, отнесенные к категории трансмиссионных  масел для гидромеханических  передач. Однако благодаря высокому индексу вязкости, хорошим низкотемпературным и эксплуатационным свойствам и  из-за отсутствия гидравлических масел  такого уровня вязкости они также  используются в гидрообъемных передачах и гидросистемах навесного оборудования наземной техники.

Некоторые давно разработанные  и выпускаемые гидравлические масла  по значению вязкости нестрого соответствуют  классу по классификации, обозначенной ГОСТ 17479.3-85, а занимают промежуточное  положение. Например, масло ГТ-50, имеющее  вязкость при 40 °С 17-18 мм2/с, находится  в ряду классификации между 15 и 22 классами вязкости.

По вязкостным свойствам гидравлические масла условно делятся на следующие:

  • маловязкие - классы вязкости с 5 по 15;
  • средневязкие - классы вязкости 22 и 32;
  • вязкие - классы вязкости с 46 по 150.

Синтетические и полусинтетические гидравлические масла 

Наряду с широко распространенными  рабочими жидкостями на нефтяной основе все большее применение находят  синтетические и полусинтетические  продукты, выгодно отличающиеся от нефтяных по комплексу эксплуатационных свойств, а также огнестойкостью и большей пожаробезопасностью. Такие рабочие жидкости используют в авиационной технике, в гидравлических приводах шахтного оборудования, в гидравлических системах "горячих" цехов металлургических заводов и ряде других областей.

Масла 132-Ю и 132-10Д (ГОСТ 18613-88) - полусинтетические гидравлические жидкости - представляют собой смесь  полиэтилсилоксановой жидкости и нефтяного  маловязкого низкозастывающего масла МВП. Указанные жидкости выпускают под индексом ВПС. Масло 132-10 предназначено для работы в гидравлических системах в интервале температур от -70 до +100 "С, масло 132-1 ОД - для работы в электрически изолированных системах также в том же интервале температур.

Рабочая жидкость 7-50С-3 (ГОСТ 20734-75) - синтетическая жидкость, применяют  в гидравлических агрегатах и  гидравлических системах летательных  аппаратов в диапазоне температур от -60 до +175 °С длительно, с перегревами  до 200 °С; рабочие давления до 21 МПа. Жидкость изготавливают из смеси  полисилоксановой жидкости и органического  эфира с добавлением противоизносной присадки и ингибиторов окисления.

Рабочая жидкость НГЖ-4у (ТУ 38.101740-80, изменения №№ 4-6) - синтетическая  взрывопожаробезопасная жидкость на основе эфиров фосфорной кислоты. Была создана взамен ранее широко применявшейся в авиации жидкости НГЖ-4, вызывавшей эрозию клапанов гидросистем и, как следствие этого, утечку жидкости. Жидкость НГЖ-4у является эрозионностойкой, содержит присадки, улучшающие ее вязкостные, антиэрозионные, антиокислительные свойства. Работоспособна в интервале температур от -55 до 125 °С при рабочих давлениях до 21 МПа. Имеет температуру самовоспламенения 650-670 °С, медленно горит в пламени, но не поддерживает горение и не распространяет пламя в отличие от нефтяных жидкостей типа АМГ-10. Является хорошим пластификатором и растворителем для многих неметаллических материалов, поэтому при использовании последних в контакте с жидкостью НГЖ-4у следует тщательно проверять их совместимость или пользоваться только теми материалами, которые специально подобраны и рекомендованы для жидкостей типа НГЖ

Рабочая жидкость НГЖ-5у (ТУ 38.401-58-57-93) - синтетическая взрывопожаробезопасная, эрозионностойкая жидкость на основе смеси эфиров фосфорной кислоты, содержащая пакет присадок, улучшающих вязкостные, антигидролизные, антиокислительные, антикоррозионные и антиэрозионные свойства.

Используют в гидросистемах самолетов ИЛ-86, ИЛ-96, ТУ-204 и др. Температурный интервал использования жидкости НГЖ-5у составляет -60...+150 °С при номинальных давлениях до 21 МПа.

Жидкость имеет температуру  самовоспламенения 595-630 °С, медленно горит  в пламени, не поддерживает горения  и не распространяет пламя. Жидкость НГЖ-5у полностью совмещается  с жидкостями НГЖ-4 и НГЖ-4у.



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

450027, Уфа, Индустриальное  шоссе, 46 
тел./факс: (347) 264-42-90, 264-03-81

ВОДОСТРУЙНАЯ  РЕЗКА

Человек использует энергию воды в своей жизни  с давних пор. Когда-то вода приводила  в движение мельничные жернова. В  наше время вода - это источник электроэнергии, носитель тепла и естественный охладитель. Одним из направлений использования  воды стала водоструйная резка материалов, которая включает в себя гидро- и гидроабразивную резку. Такой способ резки является альтернативой механическому, лазерному, плазменному и ультразвуковому способам.

 
Гидрорезка – обработка различных материалов с помощью высоконапорной струи воды. Вода, сжатая насосом-мультипликатором до давления более 4000 атмосфер, проходит через водяное сопло, образующее струю диаметром около 0,5 мм, которая попадает в смесительную камеру (в случае применения гидроабразивной резки). Далее она проходит через второе, твердосплавное сопло с внутренним диаметром 1мм. При выходе из сопла струя имеет сверхзвуковую скорость (примерно 1200 м/с). Расстояние от среза сопла до поверхности материала составляет несколько миллиметров, давление струи превышает предел прочности материала – происходит резка. Весь процесс автоматизирован. Точнее, управление процессом резки осуществляется компьютером под наблюдением оператора. Гидрорезкой можно разрезать мягкие материалы: продукты глубокой заморозки, картон, ткань, кожу, пластмассу, поролон, резину, полиуретан и т.д.

 
Гидроабразивная резка отличается от гидрорезки тем, что в смесительной камере к струе воды добавляется абразив для достижения более мощной по разрушительным качествам струи. К абразивным относятся вещества повышенной твердости, применяемые в измельченном состоянии. Они имеют различную твердость, форму, размер зерен. Абразивные материалы бывают естественные и искусственные. Выбор абразива зависит от вида и твердости разрезаемого материала. Например, для резки стекла используют песок, для пластмасс – частицы силикатного шлака, для сплавов титана – особо твердые частицы гранита.

 
Гидроабразивной резкой можно обрабатывать более твердые материалы. Например, триплекс, титан, нержавеющую и высокоуглеродистую сталь, медь, природный камень, керамику, мрамор, искусственный камень, кафель и т. д.

 
У резки водой широкий диапазон применения: строительство (резка бетонных конструкций для их последующего демонтажа, расчистка швов и т.д.), камнеобрабатывающая, текстильная, оборонная, деревообрабатывающая, стекольная и  авиастроительная промышленность. Сфера  применения все время расширяется, так как у нее множество  преимуществ перед другими способами  обработки материала.

 
Водоструйная резка сочетает в  себе положительные качества других способов резки (лазерной, плазменной, механической). Иногда это - единственный способ обработать материал. Например, с помощью лазера можно резать металл толщиной до 16 мм, а на установках гидроабразивной резки – до 380 мм, причем точность реза не уступает технологии лазерной резки. Лазерная технология неэффективна в применении к материалам с высокой  отражающей способностью (зеркала или  стекла). 
 
К основным преимуществам водоструйной резки относятся следующие моменты:

1) Низкая температура,  из-за которой в зоне резания  края детали получаются абсолютно  гладкими и не деформируются. 

2) Линия разреза  может быть любой кривизны, может  иметь острые углы и крутые  повороты.

3) Рез может начинаться  в любой точке, и при этом  не требуется предварительного  отверстия.

4) Возможность резать  одновременно несколькими режущими  головками. 

5) Высокая скорость  резки и небольшая ширина реза (1…3 мм).

6) Возможность резать  на одной установке самые разные  материалы.

 
Водоструйная резка позволяет  достичь почти безотходного производства. Она отличается высокой экологической  чистотой, полной взрыво- и пожаробезопасностью. С помощью гидро- и гидроабразивной резки можно производить то, что раньше могло быть сделано только вручную. По стоимости услуг водоструйная резка дешевле лазерной, однако, дороже других способов.

 
Изготавливать декоративные элементы для различных интерьеров благодаря  этой технологии намного быстрее  и проще. Становятся популярными  декоративные бордюры, панно (напольные  и настенные), мозаика, столешницы из натурального и искусственного камня (в основном, это мрамор, гранит или  керамогранит). Такие элементы декора не боятся времени, не тускнеют, не осыпаются, могут быть любой формы и расцветки.

 
Таким образом, водоструйная резка, благодаря  своим уникальным качествам, может  быть востребована при обработке самых различных материалов.


Системы гидроабразивной резки

Холодная водоструйная резка  и гидроабразив не требуют вторичной обработки - на pgpi.ru

Одним из основных преимуществ, которым обладает холодная водоструйная резка, является возможность резки материалов, которые при температурном или механическом воздействии сгорают, плавятся или трескаются. В таких случаях применяется гидроабарзив, который не наносит вреда окружающей среде. Некоторые виды термической обработки, где не используется гидроабаразив, вызывают деформацию и огрубление поверхности, а также вызывают выделение опасных газов. С другой стороны, обработка материалов при помощи водоструйной резки не вызывает термического напряжения и позволяет избежать нежелательных эффектов.

Холодная водоструйная резка исключает появление поврежденных высокой температурой зон и огрубление материала, а гидроабразив предоставляет возможность резки во всех направлениях. Холодная водоструйная резка дает возможность перфорации большинства материалов без необходимости пробивки первоначального отверстия любого типа металла. Если использовать гидроабарзив, то получается точный контур обработанной детали, и во многих случаях не требуется вторичной обработки.

Резка водой

Непрерывное расширение номенклатуры конструкционных металлических, неметаллических и композиционных материалов, используемых в промышленности и строительстве, требует новых  технологий их обработки, в том числе  резки.

Возможность использования струи жидкости под  сверхвысоким давлением в качестве режущего инструмента для обработки  различных материалов впервые была описана в СССР. Произошло это  в 1957 году. Но запатентован такой способ обработки материалов был только через четыре года, и не в Союзе, а в США.

Природный инструмент

Инструментом  водоструйной(гидроструйной) резки материалов является определенным образом сформированная струя жидкости, исходящая из специального сопла диаметром 0,08-0,5 мм со сверхзвукой скоростью (1000 и более м/с) и обеспечивающая рабочее давление на заготовку в 400 МПа и более. Поскольку расстояние от среза сопла до поверхности материала составляет несколько миллиметров, давление струи превышает предел прочности материала - за счет этого и осуществляется резка. 
Существуют два способа водоструйной резки материалов:

  • резка водой, или гидрорезка - waterjet cutting;
  • гидроабразивная резка (вода плюс абразив) - abrasive waterjet cutting.

Наличие абразива в струе увеличивает  ее технологические возможности - жидкостно-абразивной суспензией можно резать твердые  и труднообрабатываемые материалы  значительной толщины. 
Режимы водоструйной резки, осуществляемой обоими способами, могут быть расширены за счет подвода к струйной головке хладагента, способствующего образованию в струе льдинок, которые придают ей абразивные свойства.


При водоструйной резке учитывается и угол атаки - угол между направлением струи  и обрабатываемой поверхностью. Максимальная режущая способность и производительность процесса достигаются при угле атаки  в 90ш.

Материалы и области  применения

С помощью  водоструйной резки могут обрабатываться практически все материалы: бумага и картон, ткани, кожа и резина, стекло и керамика, гранит и мрамор, бетон  и железобетон, все виды полимерных материалов, в том числе композиционные, фольгированные и металлизированные пластики, все виды металлов и сплавов, включая труднообрабатываемые - нержавеющие и жаропрочные стали, твердые и титановые сплавы.

Спектр  отраслей, в которых сегодня применяются  технологии водоструйной резки, широчайший. Прежде всего это: космическая отрасль  и ракетостроение, оборонная промышленность, авиа- , судо- , автомобиле- и приборостроение, электротехника и микроэлектроника, легкая (в том числе кожевенно-обувная) и пищевая промышленность, строительство, медицина.

Особенно  часто водоструйная резка применяется  для осуществления следующих  технологических операций (здесь  приводится далеко не полный перечень):

  • в оборонной промышленности - утилизация устаревших образцов вооружений (разрезание корпусов ракет, боевой техники, судов и подводных лодок), разрезание корпусов снарядов и вымывание взрывчатых веществ;
  • в электронной промышленности - резание электронных плат (применение водоструйной резки позволило достичь размера пропила до 0,1 мм и обеспечить отсутствие пыли, а также решить проблему расслоения материала), снятие облоя с корпусов микросхем;
  • в автомобильной промышленности - резание фальш-потолков, ковриков, приборных досок, бамперов из пластика и пр.;
  • в строительстве - резка бетонных конструкций для их последующего демонтажа, расчистка швов и т. д. Водоструйная резка часто используется для производства сложных контуров в мраморе и граните (узкий пропил позволяет создавать инкрустации при изготовлении декора);
  • в пищевой промышленности - резка продуктов глубокой заморозки, различных плотных пищевых продуктов, шоколада.

 
Плюсы и минусы


Основные  достоинства водоструйной обработки  состоят в следующем.

  1. Нивелирование теплового воздействия. Генерируемое в процессе резания тепло практически мгновенно уносится водой. В результате не происходит заметного повышения температуры в заготовке. Эта характеристика является решающей при обработке особо чувствительных к нагреву материалов. Небольшие сила (1-100 Н) и температура (+60-+90oС) в зоне резания исключают деформацию заготовки, оплавление и пригорание материала в прилегающей зоне. Заметим, что ни одна технология, кроме гидроабразивной резки, не может обеспечить отсутствие термического влияния на металл вблизи пропила.
  2. Универсальность обработки. Жидкостно-абразивная струя особенно эффективна при обработке многих труднообрабатываемых материалов, таких как, например, титановые сплавы, различные виды высокопрочных керамик и сталей, а также композитных материалов. При гидроабразивной резке последних не создается разрывов в структуре материала, который, таким образом, сохраняет свои первоначальные свойства. Именно при помощи струи воды режутся различные сэндвич-конструкции.
  3. Способность воспроизводить сложные контуры и профили. При высокоструйной обработке можно воспроизводить очень сложные формы или скосы под любым углом. Струя жидкости по своим техническим возможностям приближается к идеальному точечному инструменту, что позволяет обрабатывать сложный профиль с любым радиусом закругления, поскольку ширина реза составляет 1,0-3,0 мм. 
     
    При резании хрупкого материала - стекла - гидроабразивная обработка позволяет создавать неповторимые другими технологиями формы и контуры; хотя водоструйная технология и уступает алмазу, когда делаются прямые резы стекла, зато никакая другая технология не позволяет получать сложные контуры непосредственно в процессе резания.
  4. Хорошее качество поверхности. Можно получать финишную поверхность с шероховатостью Ra 0,5-1,5 мкм, т. е. во многих случаях отпадает необходимость в дополнительной обработке.
  5. Технологичность процесса. Инструмент резки (струя воды или вода плюс абразив) не нуждается в переточке; ударная нагрузка на изделие минимальна, отсутствует обратная реакция на режущий инструмент, так как между изделием и инструментом нет непосредственного контакта; различные операции (например, сверление и резку) можно выполнять одним и тем же инструментом; низкое тангенциальное усилие на деталь позволяет в ряде случаев обойтись без зажима этой детали; существует возможность резки на расстоянии около 200 метров от насоса, а также возможность резки от одного насоса высокого давления одновременно двумя и более режущими головками на одном столе или несколькими головками на разных столах; резку можно осуществлять на высоте и на глубине до нескольких сотен метров, в том числе и под водой.
  6. Экономичность процесса. Скорость резания - высокая. (Скорости резки различных материалов зависят от многих факторов, средние значения этих скоростей для различных материалов приведены в таблице). Рез можно начинать в любой точке заготовки и при этом не нужно предварительно делать отверстие. Малая ширина реза позволяет экономить дефицитные материалы при их раскрое. Среднее потребление воды в абразивно-жидкостном режущем устройстве невелико - около 3-4 л/мин, несмотря на высокие давления использования (400 МПа и более).
  7. Автоматизация процесса. Достаточно легко использовать системы компьютерного управления, оптические следящие устройства и полномасштабных шестикоординатных роботов.
  8. Доступность. Использование таких относительно недорогих компонентов, как вода, и, например, кварцевый песок в качестве абразива, делает процесс доступным.
  9. Безопасность. Поскольку нет тепла, накапливаемого при абразивно-жидкостной струйной обработке, процесс взрыво - и пожаробезопасен. Отсутствует радиационное излучение, опасность вылета шлаковых или мелкодисперсных частиц. Переносимая по воздуху пыль фактически устранена. Уровень шума колеблется в пределах 85-95 дБ.

К недостаткам технологии гидрорезания можно отнести: конструктивные трудности, возникающие при создании высокого давления жидкости, довольно низкую стойкость сопла и сложность его изготовления.


Факторами, сдерживающими практическое внедрение  водоструйной техники на предприятиях, являются:

  • высокая энергоемкость по сравнению с рядом других типов резания;
  • несоответствие реальных характеристик заявленным (например, меньшая скорость струи, не позволяющая выполнять процесс резания определенных материалов);
  • отсутствие у некоторых потенциальных потребителей необходимого масштаба производства, что делает установку гидрорежущего оборудования нерентабельной;
  • довольно высокая стоимость по сравнению с другим (например, электромеханическим) оборудованием для резки.

Таблица. Скорость водоструйной резки, м/мин


Толщина материала, мм

5

10

20

50

100

Мрамор

4,5-6,0

2,0-2,7

0,9-1,2

0,3-0,45

0,1-0,15

Гранит

3,2-4,0

1,5-1,8

0,7-0,8

0,2-0,3

0,06-0,1

Стекло

5,8-6,5

2,5-3,0

1,1-1,4

0,35-0,5

0,1-0,16

Алюминий

2,1-2,8

1,0-1,2

0,4-0,5

0,12-0,2

0,04-0,07

Титан

1,0-1,3

0,5-0,6

0,2-0,3

0,07-0,1

0,01-0,03

Нержавеющая сталь

0,7-1,2

0,3-0,5

0,12-0,22

0,04-0,07

0,01-0,25


Луч или струя?

Водоструйная  резка(гидрорезка) - альтернатива не только механической, но и лазерной, плазменной, ультразвуковой резке, а в некоторых случаях это, как уже говорилось, и вовсе единственно возможный вид обработки.

В настоящее  время водоструйная и лазерная резка  машиностроительных материалов, применяемые  в сходных областях, являются конкурирующими технологиями. В том и в другом случаях режущий инструмент формируется  в самой машине за счет конструктивных особенностей соответствующих узлов, а затем, перемещаясь по энергетическому  каналу или трубопроводам, подходит к узлу, где процесс его формирования завершается. При применении обеих  технологий отпадает необходимость  в хранении, заточке и перестановке рабочего инструмента - он постоянно  обновляется за счет непрерывности  его образования во времени.

Не углубляясь в анализ достоинств и недостатков  этих технологий, необходимо отметить, что лазерное излучение более  универсально (резка, маркировка, упрочнение и т. п.), хотя и область применения высокоскоростной струи жидкости не ограничивается только гидрорезанием (в ряде случаев импульсная струя жидкости используется для упрочнения труднодоступных поверхностей сложной формы).

Определенное  преимущество станков для гидравлической резки перед станками для лазерной резки состоит в отсутствии области  термовлияния на кромках обработанных деталей, но не всегда это условие является определяющим. Так, установлено, что при лазерной резке деталей из конструкционных сталей типа 20, 30 ХГС и др. повышается их усталостная прочность и долговечность по сравнению с механически вырезанными деталями.

Возникает закономерный вопрос: а существуют ли какие-либо рекомендации по использованию  той или иной технологий? Опыт производителей и пользователей говорит: да, существуют.

С точки  зрения экономической целесообразности применение водоструйной технологии наиболее оправданно при резке хрупких (стекло, камень) заготовок толщиной 40-100 мм, фанеры, древесины, композиционных материалов во всем диапазоне допустимых толщин, при больших объемах раскроя: нержавеющей стали при толщине  листа свыше 6-10 мм, меди - свыше 2-3 мм, алюминиевых сплавов - свыше 5-6 мм.

В конечном счете области применения лазерной и водоструйной технологий резки  в машиностроении будут разделены  их технологическими и экономическими показателями. Бесспорно одно: при  сегодняшнем уровне развития машиностроения объемы применения водоструйной резки (в США, Европе, странах АТР) постоянно  увеличиваются.

Основные компоненты гидрорежущего оборудования(станков)

В комплекс для водоструйной резки входят: насос  высокого давления; режущая головка; координатный стол и приводы перемещений  режущей головки; разводка высокого давления; система подачи абразива (для гидроабразивной резки); система  числового программного управления. Дополнительно комплекс может оснащаться: устройством для предотвращения столкновений режущей головки с  заготовкой; системой из нескольких режущих  головок; механической системой предварительного просверливания; ловушкой струи воды, гасящей ее энергию и служащей также для сбора отработанного  абразива, и рядом других.

Гидрорежущие станки обладают разной степенью универсальности и автоматизации, в том числе изготавливаются и в виде роботизированных комплексов.

Насос высокого давления обеспечивает создание сверхзвуковой  струи жидкости как режущего инструмента. Разработана универсальная принципиальная гидравлическая схема, где в качестве усилителя давления используется специальный  мультипликатор двустороннего или  одностороннего действия (рис. 1). Выбор  компоновки зависит от конкретных условий  обработки (например, от допустимой величины перепада давления, требуемого расхода  жидкости), что позволяет достичь  заданных результатов как по производительности, так и по качеству. Кроме того, используются стандартные регулирующие, распределительные, контрольные и  вспомогательные гидравлические устройства. 
Для обработки крупногабаритных или отдельно стоящих изделий в условиях завода, порта, полигона, для выполнения работ под водой насос высокого давления может монтироваться на любом транспортном средстве - электрокаре, автомобиле, судне. В этом случае подвод жидкостной струи к изделию, расположенному, как правило, на некотором расстоянии от насоса высокого давления, осуществляется с помощью гибкого шланга.

Режущая (струйная) головка осуществляет окончательное  формирование высоконапорной тонкой струи  как режущего инструмента по своим  геометрическим и энергетическим параметрам. Конструктивные особенности струйной головки (взаиморасположение деталей, характер их соединения и герметизация), оказывая влияние на гидродинамические  характеристики и компактность формируемой  струи, определяют качество и надежность ее работы.

Существует  множество конструкций струйных головок для гидрорезки материалов, что объективно свидетельствует о многообразии предъявляемых к ним эксплуатационных требований и одновременно - об отсутствии оптимальных конструкций. Приведем следующую классификацию (источник: Латыпов Р. Р., Терегулов Н. Г., Харлов А. И. Некоторые сведения о гидрорезании материалов - Труды Уфимского ГАТУ, 1999):

  • струйные головки с улучшенными динамическими характеристиками для жидкостной обработки материалов (снабжены специальными конструктивными элементами);
  • жидкостно-абразивные струйные головки. Наиболее совершенными считаются конструкции со свободным вводом абразива в рабочую струю жидкости с минимальными нарушениями их гидродинамических характеристик; струйные головки с подводом хладагента с целью охлаждения истекающей жидкости. В конструкцию введены каналы для подвода хладагента, предназначенного для придания абразивн<span class="Normal_0020Table__Char" style=" font-fa


Информация о работе Гидравлические жидкости