Надежный гидропривод зимой
«Зимнее» гидравлическое масло МГ-15В (ВМГЗ)

Только два сорта

Низкая температура окружающей среды оказывает существенное негативное влияние на работоспособность и надежность гидропривода мобильных машин. При охлаждении возрастает вязкость рабочей жидкости (РЖ), вследствие чего увеличиваются потери давления в гидросистеме, возрастают гидравлическое сопротивление потоку и силы трения в подвижных соединениях; возникают затруднения с пуском гидропривода и увеличивается продолжительность нагрева РЖ до рабочей температуры. Уже при –15…–25 ºС резиновые уплотнения теряют упругие свойства, а при –40...–45 °С контактное давление полностью исчезает, появляются утечки масла.

Опыт эксплуатации в условиях Крайнего Севера показал, что 60% отказов гидропривода связано с состоянием резинотехнических изделий: часто разрываются резинометаллические и резинотканевые рукава, особенно в местах соединения с металлическими наконечниками, появляются наружные утечки масла.

До того как появились «северные» исполнения машин и специальные «зимние» гидравлические масла, эксплуатационники были вынуждены применять при низких температурах моторные масла, смешивать их с дизельным топливом или разбавлять керосином, чтобы понизить их вязкость, а также применять не предназначенные для гидравлической системы индустриальные масла (ИС-12 и др.) с температурой застывания –15 °С, трансформаторное масло, не имеющее смазывающих и других свойств, и прочие, не предназначенные для гидроприводов жидкости. Было много предложений и конструктивных разработок по предварительному подогреву масел в баках гидросистем машин путем дросселирования потока, с помощью электронагревательных элементов, отработавшими газами двигателя и другими способами.

В 1970-е годы по постановлению правительства страны проводилась научно-исследовательская работа по созданию двух сортов гидравлических масел для объемного гидропривода мобильных машин, условно названных «зимнее» и «летнее». Испытания масел проводили на стендах при температурах окружающей среды от –58 до +80 ºС. В результате исследований были выбраны лучшие образцы «зимнего» гидравлического масла ВМГЗ и «летнего» МГ-30. Эксплуатационные испытания масла ВМГЗ проводили на экскаваторах, кранах и других машинах в Норильске при температуре воздуха до –53 ºС и оба масла – ВМГЗ и МГ-30 – проверялись в Москве при –31…+28 ºС. В ходе испытаний подтвердились их высокие эксплуатационные свойства, запуск машин осуществлялся без предварительного подогрева масла в гидросистеме.

Как результат всесезонное низкозастывающее гидравлическое масло ВМГЗ рекомендовали для промышленной выработки на Ново-Уфимском НМЗ, а с 1998 г. – на Волгоградском НПЗ.

С 1979 г. ПО «Омскнефтеоргсинтез» приступило к выработке масла МГ-30 по ТУ.38.1050-79. Это гидравлическое масло предназначено для гидроприводов мобильных и других машин, эксплуатируемых в средней и южной климатических зонах России.

В связи с изменением классификации гидравлических масел по ГОСТ 17479.3–85 масло ВМГЗ получило обозначение МГ-15В (вырабатывается по ТУ 38.101479-00 с 2000 г.), а МГ-30 – обозначение МГЕ-46В и вырабатываются по ТУ 38.001347-83.

Работоспособность гидропривода

Больше всего на работоспособность гидронасоса влияет величина гидравлического сопротивления (потерь давления) во всасывающей линии насоса. При большом сопротивлении в ней рабочий объем насоса в процессе всасывания недостаточно заполняется. Величина сопротивления зависит от вязкости и скорости потока масла, от внутреннего диаметра и длины всасывающей гидролинии.

Важный комплексный критерий, определяющий характеристику насоса, эксплуатационные свойства применяемого гидравлического масла и работоспособность гидропривода, – прокачиваемость, которая определяется как наименьшая температура масла, за пределами которой наступает разрыв сплошности потока и начинает нарушаться или прекращается подача гидравлического масла.

Как известно, в гидроприводах используются насосы трех типов: шестеренные, пластинчатые и аксиально-поршневые. У шестеренных насосов прокачиваемость лучше, однако они наиболее чувствительны к изменению вязкости масла, у них меньший температурный диапазон высокого и стабильного к.п.д., особенно при положительных температурах. У аксиально-поршневых насосов прокачиваемость хуже по сравнению с шестеренными насосами при низких температурах в период пуска, зато они менее чувствительны к изменению вязкости масла, а диапазон стабильного и высокого значения к.п.д. у них наиболее широкий. Они устойчиво работают при изменении вязкости РЖ от 8 до 1200 сСт, что соответствует температуре гидравлического масла от +60 до –40 °С. По данным заводов-изготовителей, у аксиально-поршневых насосов на гидравлическом масле МГ-15В объемный к.п.д. равен 0,95, а общий 0,91.

Результаты экспериментальных исследований гидравлического оборудования при низких температурах в лаборатории климатических испытаний ЦНИП ВНИИстройдормаша показали:

• потери давления в гидросистеме возрастают в три-четыре раза при температуре – 30 °С и в 10...15 раз при температуре от –50 до –58 °С по сравнению с потерями давления при +40...+50 °С;
• объемный и гидромеханический к.п.д. насосов особенно понижается в период запуска гидрооборудования в работу;
• гидромеханические потери мощности увеличиваются на 15...37% относительно номинальных значений при температуре масла МГ-15В ниже –40 °С;
• в зоне наиболее низких температур (–55...–40 °С) резко снижается объемный к.п.д. По причине того, что рабочий объем насоса не заполнен маслом даже при уровне масла в баке выше оси насоса на 0,5 м;
• ориентировочные значения вязкости гидравлических масел, обеспечивающие минимально необходимую прокачиваемость, не должны превышать 4500…5000 сСт для шестеренных насосов (при частоте вращения 1500 мин^–1), 3500…4500 сСт для пластинчатых насосов (при частоте вращения 1450 мин^–1), 1800…2000 сСт для аксиально-поршневых насосов (при частоте вращения 1000 мин^–1).
• ориентировочные значения вязкости гидравлических масел, обеспечивающие удовлетворительные значения объемного к.п.д. (не менее 80%) и гидродинамическую смазку сопряженных поверхностей трения, должны быть не ниже 18…16 сСт для шестеренных насосов, 14…12 сСт для пластинчатых насосов, 10…8 сСт для аксиально-поршневых насосов.

Экспериментальными исследованиями установлены пределы работоспособности насосов в зависимости от температуры масла (см. таблицу).

Если кинематическая вязкость гидравлического масла превышает определенные значения, то рабочий объем насоса заполняется маслом лишь частично, в потоке возникают разрывы и, как следствие, кавитация, вибрация, интенсивный износ и повреждение сопряженных деталей. Если же кинематическая вязкость гидравлических масел будет меньше определенного минимально допустимого значения, объемный и гидромеханический к.п.д. насосов также значительно снизится и могут возникнуть повреждения поверхностей сопряженных деталей вследствие недостаточной гидродинамической смазки. На всасывающем участке в период пуска в температурных пределах масла –43...–35 °С работа некоторых насосов сопровождается шумом, характерным для явлений кавитации, и пульсацией потока, несмотря на приемлемое максимальное значение объемного к.п.д. (≥90%). Благодаря интенсивному нагреву масла за короткое время работа насосов быстро стабилизируется, поэтому в таблице приведены температурные пределы применения масел для кратковременной (в период пуска) и длительной (не ограниченной временем) работы. Длительный рабочий режим допускается только по достижении вязкости РЖ, при которой весь рабочий объем насоса заполнен.

Потребляемую насосами мощность в период пуска следует выбирать с запасом в пределах 1,15…1,4 от номинального значения в зависимости от конструктивного исполнения насоса. Для увеличения предела прокачиваемости РЖ при низких температурах операторам машин рекомендуется снижать частоту вращения ДВС для привода насосов, особенно в период пуска.

Экспериментально определено, что при снижении частоты вращения пластинчатого насоса на 40% диапазон его устойчивой работы по уровню вязкости РЖ увеличивается от 600…700 сСт до 2000…2100 сСт, т. е. примерно в три раза.

При снижении частоты вращения аксиально-поршневого насоса на 40% диапазон устойчивой работы по уровню вязкости РЖ увеличился в 2,5 раза (от 400 до 1000 сСт), а предел прокачиваемости увеличился вдвое.
Аксиально-поршневые насосы меньшего рабочего объема могут работать при большей частоте вращения, однако характерное для всех насосов снижение подачи наступает примерно при одинаковом значении кинематической вязкости РЖ: 2500…2600 сСт. При вязкости РЖ свыше 2600 сСт все насосы работают с незаполненными рабочими камерами, что сопряжено с кавитацией.

Для надежной эксплуатации объемного гидропривода в условиях холодного климата рекомендуется применять аксиально-поршневые регулируемые насосы с наклонным диском и встроенным подпиточным насосом типа М4РV21…M5PV115 (12 типоразмеров) рабочим объемом 21…115 см³, рассчитанным на номинальное давление 25…38 Мпа. Благодаря подпиточному насосу шестеренного типа они обеспечивают прокачивание гидравлического масла без статического напора во всасывающей гидролинии.

Применение двух основных сортов гидравлических масел МГ-15В и МГЕ-46В обеспечивает надежную эксплуатацию мобильных машин и стационарного нефтепромыслового и горного оборудования, позволяет снизить загрязнение гидросистем при замене сезонных гидравлических масел.

Гидравлическое масло МГ-15В для аксиально-поршневых насосов можно применять как всесезонное, в широком диапазоне температур без предварительного подогрева, а другие марки масел – только после официального подтверждения их пригодности изготовителем или поставщиком, гарантирующим работоспособность и технический ресурс гидравлического оборудования. Требуйте от поставщика гидравлических масел сертификат, удостоверяющий качество.

Заправлять гидравлические масла в гидросистему необходимо с помощью фильтрующих устройств с тонкостью очистки 10 мкм. В гидросистемах мобильных машин, длительно эксплуатируемых в условиях холодного климата, не рекомендуется устанавливать фильтры во всасывающей гидролинии: они создают дополнительное сопротивление потоку и при температуре масла МГ-15В ниже –25...–30 °С в фильтрах с тонкостью фильтрации 25…40 мкм открываются переливные клапаны, и масло поступает на слив в бак гидросистемы без фильтрации.

При необходимости применять всасывающие фильтры с переливным клапаном следует увеличить пропускную способность фильтров до значения, не менее чем в три раза превышающего номинальную подачу насоса. Это позволит также увеличить грязеемкость фильтроэлементов и периодичность их замены.

Для гарантированной очистки рабочих жидкостей в гидросистемах машин, постоянно эксплуатируемых при низких температурах, рекомендуется применять сливные фильтры на разрушающее давление 1 МПа из проволочной сетки на 5; 25; 60; 125 мкм или из неорганического волокна на 3; 6; 12; 25 мкм и напорные фильтры на разрушающее давление от 8 до 21 МПа из проволочной сетки на 10; 25; 30; 60 мкм или из неорганического волокна на 3; 6; 12; 25 мкм.

В процессе эксплуатации машин с гидроприводом не надо забывать, что при нагретом масле в баке и низкой температуре окружающей среды происходит конденсация влаги из воздуха. Вода может попасть в масло, затем в гидросистему и скапливаться на дне бака. Наличие воды в гидравлическом масле не только вызывает коррозию, но резко повышает температуру застывания. Кроме того, вода впитывается бумажными фильтроэлементами. При охлаждении масла в гидросистеме до отрицательной температуры вода замерзает, переходит в твердую фазу и разрушает бумажные фильтроэлементы, поэтому недопустимо применение бумажных фильтроэлементов при эксплуатации машин в условиях низких температур. При выполнении технического обслуживания необходимо сливать из бака накопившуюся воду.

Создание гидравлического масла – дорогостоящий, сложный процесс, поэтому необходимо с осторожностью относиться к рекламными публикациям о новых сортах «универсальных» и «зимних» гидравлических масел.

Некоторые производители тяжелой техники решают проблему защиты гидросистемы от конденсата иным способом. Так, компания Caterpillar выпускает специальное гидравлическое масло Cat HYDO 10W (а сейчас и новое поколение – Cat HYDO Advanced 10) для использования в технике Caterpillar. Благодаря свой формуле гидравлическое масло Caterpillar HYDO Advanced способно связывать и поддерживать воду в мелкодисперсном состоянии таким образом, что она не происходит повреждения подвижных деталей гидравлических систем. Промышленные гидравлические жидкости, часто называемые противоизносными, не содержат эмульгаторов и специально разработаны для отделения воды. Отделенная вода, проходя через систему, способна привести к повреждению насосов, заеданию клапанов, повышенному износу других узлов и деталей гидравлической системы. Если вода замерзнет, повреждения могут быть значительно более серьезными.

В масле Caterpillar HYDO Advanced небольшие количества воды рассеиваются в объеме масла, при этом обеспечивается соответствующее смазывание.