Влияние воды на свойства гидравлических рабочих жидкостей

УДК 62-69

ВЛИЯНИЕ ВОДЫ НА СВОЙСТВА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РАБОЧИХ ЖИДКОСТЕЙ

Е. Г. Рылякин

WATER INFLUENCE ON HYDRAULIC WORKING LIQUIDS PROPERTIES

Е. G. Rylyakin

Аннотация. Рассматривается процесс насыщения рабочих жидкостей гидропривода транспортно-технологических машин водой в эксплуатационных условиях. Перечисляются основные неисправности деталей и узлов гидроагрегатов, вызванные наличием воды в масле. Предлагаются способы уменьшения содержания воды и ее влияния на нефтяные свойства рабочих жидкостей и на изнашивание трущихся поверхностей деталей.

Ключевые слова: рабочая жидкость, гидропривод, вода, загрязнения, транс-портно-технологические машины, температурные условия.

Abstract. The article deals with process of working liquids saturation by water in a hydraulic actuator of transport technological machines in operational conditions. The main malfunctions of hydrounit details and knots, caused by the water existence in oil are listed. Ways of water content reduction and its influence on working liquids properties and wear of details rubbing surfaces are offered.

Key words: working liquid, hydraulic actuator, water, pollution, transport technological machines, temperature conditions.

Вода в рабочей жидкости гидропривода транспортно-технологических машин наносит существенный вред работе узлов и деталей гидроагрегатов, особенно в условиях эксплуатации в России, где колебание температур в летний и зимний период достигает 100 °С. Ухудшается смазывающая способность рабочей жидкости, повышаются энергетические затраты на передачу усилия и крутящего момента на исполнительные механизмы гидропривода, усиливается коррозионная активность масел, активизируется окисление углеводородов, интенсивнее образуются в масле кислоты и щелочи, снижается действие присадок в масле.

Как показывают наши исследования, интенсивность изнашивания трущихся поверхностей деталей в масляной среде повышается в присутствии эмульсионной воды. В практике эксплуатации машин в транспортном комплексе попадание воды в масло является обычным явлением. Вода значительно снижает долговечность, например шариков подшипников качения из стали ШХ-15, причем время до выкрашивания металла сокращается с увеличением концентрации воды в масле [1]. Температура масла при эксплуатации машин отличается от температуры воздуха, а перепад температуры влияет на изменение концентрации воды в масле. При резком понижении температуры вода из масла не успевает перейти в воздух и выделяется в виде микрокапель, образуя свободную воду, которая находится в равновесии с растворимой в нем водой.

Под воздействием неблагоприятных климатических факторов, определяющим из которых является температура окружающего воздуха, возрастает доля отказов шестеренных насосов, обусловленных повышенным износом корпусных деталей [2].

До настоящего времени не установлено количественной связи между температурой и интенсивностью изнашивания. Более того, среди исследователей нет единого мнения о том, увеличивается или уменьшается интенсивность изнашивания при понижении температуры. Большинство ученых все же считают, что с понижением температуры интенсивность изнашивания увеличивается.

Низкие температуры воздуха вызывают многократное увеличение вязкости смазочных материалов и технических жидкостей. Такое увеличение вязкости смазочных материалов снижает их жидкотекучесть, в результате чего поступление смазочных материалов к узлам трения затрудняется или может полностью прекратиться. Под действием низких температур влага, содержащаяся в смазочных материалах, кристаллизуется, что вместе с изменением свойств самих материалов снижает их смазывающие свойства (например, снижается свойство прилипаемости масла к металлическим поверхностям) и тем самым провоцирует возникновение сухого или полусухого режима трения и, как результат, повышение интенсивности изнашивания.

Образование микрокапель воды возможно при потеплении воздуха. В этом случае масло имеет более низкую температуру, и водяные пары конденсируются на его поверхности, а затем проникают в глубь нефтепродукта. При охлаждении масла, насыщенного водой с 50 до 20 °С, в нем образуются микрокапли воды со средним диаметром 0,6...0,7 мкм. С течением времени они укрупняются и постепенно осаждаются на дне резервуаров, образуя отстойную воду.

Присутствие воды в маслах приводит к ухудшению их смазывающей способности, к усилению коррозионного воздействия масел на металлы, к активации процессов окисления входящих в состав углеводородов, к усилению водородного разрушения поверхностных слоев трущихся сопряжений. Практически все трущиеся поверхности деталей из стали, чугуна, титана и других металлических материалов имеют повышенное содержание водорода, а это рано или поздно сказывается, особенно во влажном и холодном климате.

Известно, например, что техника на Севере изнашивается в несколько раз быстрее, чем в средней полосе. Это связано с тем, что при низких температурах и при повышенной влажности атмосферы водород оказывает более разрушительное действие на поверхности трения деталей. При недостаточной гидролитической устойчивости масла присутствие воды приводит к образованию кислот, щелочей и других веществ, способных существенно ухудшить его свойства. Вода способствует микробиологическому заражению масел, что ведет к их частичному разложению, изменению вязкости и ухудшению смазывающей способности.

Микрокапли воды в смазывающем слое масла отрицательно влияют на процесс трения между сопряженными поверхностями. Разрыв масляной пленки особенно ярко проявляется в теплонапряженных узлах, вода может испаряться, вызывая сухое трение между поверхностями деталей, резко ухудшая противоизносные свойства масел [3].

Снижение вязкости масла способствует повышенному выкрашиванию рабочей части зубьев шестерен, так как водомасляная эмульсия с понижением вязкости легче проникает в микротрещины, имеющиеся на поверхностях трения, и разрушает материал зубьев, действуя как гидравлический клин.

Способность воды к проникновению в микротрещины объясняется меньшими величинами ее молекул по сравнению с углеводородами.

Уменьшить интенсивность изнашивания, снизить силу трения в зоне контакта деталей гидрооборудования можно за счет применения более совершенных конструкций фильтроэлементов, строгого выполнения технико-эксплуатационных требований и оптимизации температуры рабочей жидкости.

Поддерживая температуру в оптимальном диапазоне (+40... +60 °С), можно существенно снизить вероятность возникновения отказов и неисправностей гидрооборудования.

Для реализации указанной цели нами была разработана и запатентована система регулирования температуры рабочей жидкости гидросистемы [4]. Ее можно применять как для подогрева, так и для охлаждения масла в условиях пониженных или повышенных температур.

Система работает следующим образом. При низких температурах окружающего воздуха гидронасос будет нагнетать рабочую жидкость гидросистемы во внутреннюю полость теплообменника из бака через всасывающую гидролинию, гидравлический клапан, золотник и напорную гидро линию. Поступая через подводящий штуцер во внутреннюю полость теплообменника, рабочая жидкость нагревается, обтекая змеевик, через который пропускается моторное масло двигателя, имеющее рабочую температуру 80.90 °С. Затем масло из теплообменника через отводящий штуцер по сливной гидролинии поступает в бак.

По мере нагрева масла в баке золотник займет исходное положение, направляя поток жидкости моторного масла двигателя в обход змеевика по нагнетательной гидролинии системы смазки ДВС с масляным радиатором, а рабочую жидкость - к агрегатам гидросистемы.

При разогреве рабочей жидкости выше 60 °С золотник втянется в катушку, открывая нагнетательную пневмолинию. Вентилятор начнет нагнетать воздух во внешнюю полость теплообменника. Воздух, проходимый во внешней полости, увеличивает интенсивность теплообмена. Затем через отводящий штуцер воздух выводится в атмосферу.

После охлаждения жидкости до оптимальных значений золотник вернется в исходное положение и перекроет подачу воздуха от вентилятора. Управление положением золотника осуществляется с помощью подпружиненной конусной втулки гидравлического клапана, которая замыкает соответствующие электроконтакты реле, о чем своевременно сигнализируют лампочки. Контроль температуры РЖ в баке осуществляется с помощью установленного в нем термодатчика.

Эффективность работоспособности предложенной системы была подтверждена в результате проведенных стендовых и эксплуатационных исследований.

Улучшение работоспособности гидропривода за счет поддержания рационального температурного режима рабочей жидкости при эксплуатации транспортно-технологических машин представляется достаточно эффектив-

ным средством, позволяющим наиболее полно реализовать его потенциальные возможности.

Список литературы

1. Рылякин, Е. Г. Повышение работоспособности тракторных гидросистем терморегулированием рабочей жидкости : дис. ... канд. техн. наук / Рылякин Е. Г. - Пенза, 2007. - 149 с.

2. Рылякин, Е. Г. Влияние эксплуатационных факторов на изменение технического состояния гидропривода / Е. Г. Рылякин // Materialy X mezinarodni vedecko-prakticka conference «Moderni vymozenosti vedy - 2014». - Dil 38. Technicke vedy. // Praha. Publishing House «Education and Science». - 2014. - S. 13-15.

3. Рылякин, Е. Г. Изменение надежности гидроагрегатов мобильных машин / Е. Г. Рылякин // Materialy X Mi^dzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Kluczowe aspekty naukowej dzialalnosci - 2014» Volume 20. Techniczne nauki. // Przemysl. Nauka i studia. - 2014. - S. 57-60.

4. Пат. 2236615 РФ, МКИ5 F15B21/04. Система регулирования температуры рабочей жидкости / П. А. Власов, Е. Г. Рылякин. - № 2003118925. - Заявл. 23.06.2003 ; опубл. 20.09.2004, Бюл. № 26.

Рылякин Евгений Геннадьевич

кандидат технических наук, доцент, кафедра «Эксплуатация автомобильного транспорта»,

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства E-mail: triplan1979@mail.ru

Rylyakin Eugene Gennadjevich candidate of technical sciences, associate professor, sub-department of operation of road transport,

Penza State University of Architecture and Construction

УДК 62-69 Рьиякин, Е. Г.

Влияние воды на свойства гидравлических рабочих жидкостей / Е. Г. Рылякин // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2014. -№ 2 (10). - С. 195-198.