Трансмиссионные и гидравлические масла

Гидравлические масла

Общие требования и свойства

Гидравлические масла (рабочие жидкости для гидравлических систем) разделяют на нефтяные, синтетические и водно-гликолевые. По назначению их делят в соответствии с областью применения:

– для летательных аппаратов, мобильной наземной, речной и морской техники;

– для гидротормозных и амортизаторных устройств различных машин;

– для гидроприводов, гидропередач и циркуляционных масляных систем различных агрегатов, машин и механизмов, составляющих оборудование промышленных предприятий.

В данной главе рассмотрены рабочие жидкости для гидросистем мобильной техники, обозначенные ГОСТ 17479.3-85 как гидравлические масла, а также некоторые наиболее распространенные гидротормозные и амортизаторные жидкости на нефтяной и синтетической основах.

Основная функция рабочих жидкостей (жидких сред) для гидравлических систем – передача механической энергии от ее источника к месту использования с изменением значения или направления приложенной силы.

Гидравлический привод не может действовать без жидкой рабочей среды, являющейся необходимым конструкционным элементом любой

– гидравлической системы. В постоянном совершенствовании конструкций гидроприводов отмечаются следующие тенденции:

– повышение рабочих давлений и связанное с этим расширение верхних температурных пределов эксплуатации рабочих жидкостей;

– уменьшение общей массы привода или увеличение отношения передаваемой мощности к массе, что обусловливает более интенсивную эксплуатацию рабочей жидкости;

– уменьшение рабочих зазоров между деталями рабочего органа (выходной и приемной полостей гидросистемы), что ужесточает требования к чистоте рабочей жидкости (или ее фильтруемости при наличии фильтров в гидросистемах).

С целью удовлетворения требований, продиктованных указанными тенденциями развития гидроприводов, современные рабочие жидкости (гидравлические масла) для них должны обладать определенными характеристиками:

– иметь оптимальный уровень вязкости и хорошие вязкостно-температурные свойства в широком диапазоне температур, т.е. высокий индекс вязкости;

– отличаться высоким антиокислительным потенциалом, а также термической и химической стабильностью, обеспечивающими длительную бессменную работу жидкости в гидросистеме;

– защищать детали гидропривода от коррозии;

– обладать хорошей фильтруемостью;

– иметь необходимые деаэрирующие, деэмульгирующие и антипенные свойства;

– предохранять детали гидросистемы от износа;

– быть совместимыми с материалами гидросистемы.

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.).

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ – конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Трансмиссионные масла предназначены для смазывания механических и гидромеханических тансмиссий. Состав и свойства трансмиссионных масел зависят от условий их работы и конструкций трансмиссий.

Условия работы трансмиссионных масел

Условия работы трансмиссионных масел отличаются от моторных масел следующим:

• работают в условиях граничного трения;
• не соприкасаются с горячими поверхностями;
• не контактируют с продуктами сгорания топлива;
• сохраняют работоспособность при температурах от минус 50 до 50 °С;
• время работы продолжительнее;
• снижают вибрацию и уровень шума.

Трансмиссии могут содержать в одном корпусе разные виды передач — зубчатые, фрикционные, гидравлические. Поэтому трансмиссионные масла должны обладать универсальными свойствами: для зубчатых передач — смазывающими, для фрикционных передач — свойствами среды, для гидравлических передач — свойствами жидкости.

Работа зубчатых передач отличается высокими давлениями в местах контактов зубьев (600—1200 МПа, а в гипоидных — до 4000 МПа), большими скоростями скольжения трущихся поверхностей (3—10 м/с, в гипоидных и червячных редукторах — до 20 м/с), высокими температурами (300—800 °С) в точках контакта зубчатых колес. Температура масла в агрегатах трансмиссии достигает 120—150 °С, в этих условиях возникает граничное трение. Поэтому трансмиссионные масла должны обладать высокими противоизносными и противозадирными свойствами. Они содержат значительное количество поверхностно активных смолистых веществ и специальные противоизносные и противозадирные присадки.

Нижний допустимый предел температур трансмиссионных масел должен обеспечивать трогание машины с места и последующий переход на повышенные передачи без предварительного разогрева масла в агрегатах. В жаркое время года температура в картере трансмиссии может достигать максимальных значений, что предопределяет минимально допустимую вязкость масла. Она должна быть такой, чтобы не происходило утечек через неплотности.

Кроме того, трансмиссионные масла должны обладать хорошими антикоррозионными свойствами и образовывать минимальное количество пены.

К фрикционным механизмам относятся:

• синхронизаторы механической коробки передач;
• дисковые сцепления и ленточные тормоза автоматической коробки передач;
• фрикционные механизмы коробок передач;
• дисковые или конические муфты дифференциалов повышенного трения;
• дисковый фрикцион вязкостной муфты;
• бесступенчатая фрикционная коробка передач.

От коэффициента трения зависят сила сцепления и качество работы фрикционных механизмов — плавное переключение и бесшумная работа передач во всех режимах. Масло должно обеспечивать хорошее сцепление, предотвращать проскальзывания фрикционных дисков мощных сцеплений. Для этого используют масла высокого качества, чаще всего — синтетические с содержанием необходимых модификаторов трения.

Масла с улучшенными фрикционными свойствами предназначены для гидромеханических передач с фрикционными механизмами.

Гидравлическая трансмиссия — передача, работа которой основана на превращении механической энергии в энергию течения потока жидкости с дальнейшим обратным преобразованием этой энергии в механическую энергию. Самая простая гидравлическая трансмиссия, или гидродинамическая, передача состоит из двух центробежных рабочих колес — насосного и турбинного. При вращении колеса насоса масло непосредственно поступает на лопасти колеса турбины и передает вращательное движение Такая передача называется гидравлическим сцеплением.

Если между насосным и турбинным колесами установлено неподвижное колесо (реактор), то такое устройство называется гидротрансформатором. Реактор служит для изменения направления потока жидкости, обеспечивающего трансформирование передаваемого крутящего момента. Гидротрансформаторы применяются в автоматических коробках передач.

Автоматическая коробка передач легкового автомобиля состоит из гидротрансформатора, посредством которого вращательное движение передается от двигателя к зубчатой передачи, состоящей из одной или двух планетарных передач (рис. 2.4). Передачи переключаются с помощью дискового сцепления и ленточного тормоза мокрого типа. Управление осуществляется гидравлическим или электронно-гидравлическим устройством. Передачи переключаются автоматически в зависимости от подачи топлива, частоты вращения двигателя, скорости движения автомобиля и нагрузки.

В автомобилях с передним ведущим мостом автоматическая коробка передач размещается в одном корпусе с главной передачей и дифференциалом.

Рис. 2.4. Схема автоматической коробки передач: / — гидротрансформатор; 2 — масляный насос; 3 — пластины сцепления; 4 — валы; 5 — регулятор; 6 — планетарная передача; 7 — агрегат контрольных клапанов

Планетарная передача, применяемая в автоматической коробке передач, характеризуется высоким передаточным числом, способностью суммировать несколько движений, тихой работой, небольшими массогабаритными показателями (по сравнению с цилиндрическими зубчатыми колесами механической коробки передач). Нагрузка в них распределяется на несколько сателлитов (чаще всего на три), поэтому зубчатые колеса, подшипники и валы менее нагружены и более плавно принимают динамические нагрузки.

В автоматической коробке и других гидромеханических передачах переключение передач осуществляется с помощью мокрых дисковых сцеплений и ленточных тормозов (рис. 2.5). При этом пакет фрикционных дисков определенной передачи сжимается (рис. 2.5, б).

Рис. 2.5. Мокрые сцепления автоматической коробки передач: а — дисковое сцепление; б — гидравлический механизм включения; в — ленточный тормоз

К маслам, используемым в гидромеханических передачах, нередко одновременно предъявляются требования, противоречащие друг другу:

• смазывание и снижение изнашиваемости подшипников и зубчатых передач;
• снижение трения сопряженных пар;
• обеспечение плавной работы фрикционных механизмов;
• обеспечение передачи крутящего момента в гидротрансформаторе;
• отвод теплоты;
• защита от коррозии;
• отсутствие влияния на эластомеры;
• высокий индекс вязкости для обеспечения плавной и устойчивой работы.

Масла, используемые в автоматической коробке передач, отличаются особыми физико-химическими, вязкостными и эксплуатационными свойствами. Они не подразделяются ни на эксплуатационные, ни на вязкостные группы или классы.

Высокий индекс вязкости обеспечивает высокую температурную стабильность вязкости, а высокая их термоокислительная стойкость позволяет поддерживать стабильность других свойств во всем намеченном интервале службы.

Трансмиссионное масло и гидравлическое масло представляют собой две различные жидкости, которые относятся к категории смазочных материалов. Состав этих смазочных масел значительно различается в зависимости от их применения в оборудовании. Чтобы обеспечить высокую производительность и срок службы машины, оптимальные составы для масла необходимы для удовлетворения потребностей. Существуют различные типы и комбинации гидравлических жидкостей и трансмиссионных масел либо в виде минеральных масел, либо синтетических материалов, все они смешиваются с добавками.

Трансмиссионное масло

Основная функция трансмиссионного масла заключается в защите передач, работающих под высоким давлением и на высоких скоростях. Масла для трансмиссий, которые доступны во многих сочетаниях, используются для смазывания контактов редуктора с помощью скользящих и катящихся движений, используемых в промышленном оборудовании, автомобилях и других машинах. Масло обладает антифрикционными свойствами, в то время как оно охлаждает и удаляет тепло, которое возникает из-за трения между деталями. Низконагруженные цилиндрические шестерни нуждаются только в маслах, которые обеспечивают защиту от ржавчины и окисления, тогда как тяжело нагруженным требуется высокий уровень EP-присадок. Масла с высокой вязкостью хорошо защищают шестерни и плавно переносят смазку по всей зубчатой передаче. Такие масла обладают сильным запахом серы из-за присутствующих в них присадок, что способствует максимальной защите от давления. Масла, содержащие добавки EP (экстремального давления), имеют соединения фосфора или серы и являются коррозионными для желтых металлических втулок и синхронизаторов. Масла трансмиссионного масла GL-1 (Gear Lubricant-1) не имеют никаких добавок EP, поэтому они используются для применения на деталях из желтых металлов, таких как медь и латунь.

Трансмиссионные масла подразделяются на несколько групп в соответствии с рейтингами GL. Передовые коробки передач требуют масла GL-4; и, следовательно, при выборе трансмиссионных масел хорошо убедиться, что они соответствуют спецификациям производителя. Сегодня полностью синтетические трансмиссионные масла используются в транспортных средствах, так как они демонстрируют большую устойчивость к разрушению при сдвиге, чем минеральные масла. Тем не менее, высококачественные минеральные масла являются лучшими вариантами, поскольку они толще, имеют лучшие коэффициенты вязкости, чем синтетические трансмиссионные масла. Определение подходящего трансмиссионного масла для конкретного применения заключается в оценке вязкости, базового масла и смазки.

Гидравлическое масло

Гидравлическое масло – это смазочная среда, которая передает энергию через гидравлические системы, такие как стрелы экскаватора, гидравлические тормоза, системы рулевого управления с усилителем, подъемники и т. Д. Он получает большое количество энергии, используя сравнительно тонкие трубки и шланги. Ключевыми элементами эффективности в качестве гидравлических масел являются их жесткая устойчивость к уменьшению объема под давлением и высокой вязкостью. Чтобы облегчить это, гидравлические масла изготовлены из масел и добавок, чтобы плавно и эффективно передавать мощность, одновременно выполняя роль смазочных материалов и охлаждающих жидкостей. Гидравлическое масло может снизить износ, ржавчину и коррозию в гидравлическом оборудовании. Поскольку гидравлическое масло легко воспламеняется, небезопасно приближать его к любому источнику воспламенения.

В более ранние времена механизмы гидравлической энергии работали с водой в качестве гидравлической среды. Из-за коррозионного характера и отсутствия смазывающей способности вода была заменена маслом на нефтяной основе. Эмульсии «вода-в-масле» состоят из эмульгаторов, добавок, 35-40% воды и 60% минерального масла. Большинство из этих гидравлических жидкостей с минеральным маслом получают из депарафинизированной сырой нефти на основе парафина. Затем добавляют добавки для получения желаемых свойств. Синтетические гидравлические жидкости, которые являются огнестойкими, являются самыми последними в мире, находят места в более важных гидравлических приложениях.

Независимо от того, что указано выше, функции гидравлических масел в любой конкретной прикладной системе можно суммировать следующим образом: (i) Эффективность и экономичность передачи энергии; ii) Смазка системы. Iii) Устойчивость к пенам. (Iv) Возможность выпускать (v) Термическая, окислительная и гидролитическая стабильность (vi) Устойчивость к коррозии, удаление примесей и способность к износу (vii) Отфильтрованность (viii) Теплоотдача (ix) Вязкость (x) Сопротивление огню и вспышке и (xi) ) Низкий коэффициент расширения и низкий удельный вес. Ключом к прогнозированию поведения гидравлической жидкости является анализ ее вязкости при движении по гидравлической системе. Масла с низкой вязкостью не могут правильно запечатываться, что приводит к потере давления, просачиванию и износу компонентов. Слишком толстые жидкости снижают эффективность системы.