Гидравлические жидкости

Состав, обслуживание и рекомендации по выбору

Игорь Павлов
Как известно, гидравлическое масло выполняет огромное количество функций в различных системах и механизмах. Учитывая такую многофункциональность, продукт правильнее назвать гидравлической жидкостью. Подчеркнем также, что термин «гидравлическая жидкость» в данной статье относится к продуктам, рекомендуемым именно для работы в гидросистемах, в отличие от других технических жидкостей, например моторных масел, универсальных тракторных трансмиссионных масел и масел для автоматических трансмиссий, которые часто заявляются как «пригодные для работы в гидросистемах».
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Гидравлические системы становятся все более компактными, при этом увеличиваются удельные значения передаваемой энергии, системы работают при все более высокой температуре и давлении, уменьшаются зазоры между движущимися деталями, в конструкции с целью уменьшения массы все шире используются цветные металлы и сплавы. По этим причинам ранее выпускавшиеся гидравлические жидкости уже не соответствуют новым требованиям, и создаются новые сорта с улучшенными эксплуатационными свойствами.

Как и любая современная техническая жидкость, гидравлические жидкости состоят из основы – базового масла и присадок. Основа обычно составляет 95 и более процентов всего состава жидкости.

Гидравлические жидкости в зависимости от базового масла разделяют на жидкости на основе минеральных масел; синтетические жидкости на основе масел гидрокрекинга, полиальфаолефинов (ПАО) и эфирных масел, а также полигликолей. В интересующей нас мобильной спецтехнике в  основном используются жидкости на минеральной основе и гидрокрекинговые.

Присадки. В состав современных гидравлических жидкостей могут входить такие присадки, как ингибиторы коррозии, антиокислительные, противоизносные, пеноподавляющие, эмульгаторы или деэмульгаторы, а также присадки, улучшающие вязкостно-температурные свойства, то есть уменьшающие зависимость вязкости жидкости от температуры.

Эмульгаторы – вещества, обеспечивающие создание эмульсий из несмешивающихся жидкостей. Другими словами, эмульгаторы поддерживают воду в виде жидкой дисперсной фазы в гидравлической жидкости, в результате чего небольшое количество воды рассеивается в объеме масла, что обеспечивает соответствующее смазывание. Деэмульгаторы отделяют воду от гидравлической жидкости, что позволяет удалять ее из гидросистемы в процессе проведения технического обслуживания. Следует отметить, что отделенная вода практически не обладает смазывающими свойствами и, попадая в гидронасос, может вызвать повышенный износ его компонентов. Повреждения в системе также могут возникнуть, если вода замерзнет. Требования производителей внедорожной техники в части эмульгирующих свойств жидкостей, используемых в гидросистемах, могут разниться. Например, Caterpillar не рекомендует использовать жидкости, содержащие деэмульгаторы. Ряд других производителей допускает использование жидкостей обоих типов.

Величину относительного изменения вязкости жидкости в диапазоне рабочих температур выражает безразмерный параметр «индекс вязкости». У гидравлических жидкостей с высокими индексами вязкость мало изменяется в широком диапазоне температур.

Присадки, улучшающие индекс вязкости (известные под названием «модификаторы вязкости»), вводятся в продукты, соответствующие спецификациям ISO 6743/4 – тип HV или DIN 51524 – категория HVLP. Эти присадки представляют собой полимеры, их молекулы при низких температурах имеют форму «клубков», обеспечивая малую вязкость масла и тем самым хорошую прокачиваемость при отрицательных температурах. При повышении температур до рабочих эти молекулы «разворачиваются», занимая больший объем и поддерживая вязкость на необходимом уровне, не давая маслу разжижаться. Благодаря этому свойству при изменении температуры вязкость жидкости поддерживается почти на постоянном уровне. На рынке предлагается большое количество присадок, улучшающих индекс вязкости. Но следует помнить: при одинаковом химическом составе чем длиннее молекулы вещества, тем ниже сопротивление механическому сдвигу. А когда цепочки молекул распадаются, вязкость жидкости падает.

«Цинкосодержащие» и «бесцинковые». На протяжении десятилетий диалкилдитиофосфат цинка (ZDDP) использовался в качестве противоизносной и противоокислительной присадки в гидравлических жидкостях. Большинство гидравлических жидкостей содержит ZDDP, т. е. относится к типу «цинкосодержащих».

Но ZDDP обладает слабой гидролитической стабильностью, т. е. разлагается под действием воды (продукты разложения больше всего воздействуют на цветные металлы), а также недостаточной термической стойкостью – разлагается под действием экстремально высоких температур, образуя коррозионно-активные кислоты и рыхлый осадок, засоряющий фильтры и усиливающий износ деталей системы.

Эту проблему устраняют путем использования более дорогих присадок на основе серы и фосфора: аминных солей и сложных эфиров диалкилдитиофосфорной кислоты. За последние пару лет такие «не содержащие цинка» («бесцинковые») сорта жидкости широко распространились. Как правило, они относятся к премиум-классу. Гидравлические жидкости с бесцинковыми присадками называются «беззольными» – они обладают повышенным сопротивлением образованию рыхлого осадка (т. е. гидролизу), лаковых отложений при высоких температурах, а также экологичны – не содержат тяжелых металлов. Кроме того, такие жидкости более химически нейтральны к цветным металлам и обладают лучшей фильтруемостью, так как не содержат рыхлых осадков. Самые современные рецептуры гидравлических масел, как правило, произведены с использованием «бесцинковой» технологии. Эти сорта жидкостей обладают не менее высокими противоизносными свойствами по защите гидронасосов и других компонентов гидросистем, чем обычные гидравлические жидкости.

Интересно отметить, что некоторые производители внедорожной техники допускают к использованию в гидросистемах жидкости с содержанием цинка не менее 0,09 %, например Caterpillar. С другой стороны, существуют производители, настоятельно рекомендующие к использованию только беззольные жидкости, например Hitachi.

Хранение и обслуживание

Защита от загрязнений. Главное при хранении и использовании гидравлической жидкости – защита ее от попадания загрязнений и воды.

К сожалению, даже поступающая от производителя жидкость не всегда соответствует заявленной степени очистки, так как в процессе доставки конечному потребителю ее могут переливать в различные емкости и при этой перекачке в жидкость могут попасть загрязнения.

От поставщика жидкость может доставляться непосредственно к месту использования в бочках или другой таре без промежуточной перекачки. Однако при замене или доливе жидкости в гидросистему машины должны поддерживаться жесткие меры обеспечения чистоты: применяться специальные насосы, перекачивающие жидкость из бочек в гидросистему машины, герметичные заправочные емкости и внешние фильтрующие установки (типа «искусственная почка») с тонкостью фильтрации такой же или лучше, чем у фильтра, установленного в гидросистеме машины. Заправка жидкости вручную – обычная причина загрязнения гидросистем. При замене, перед заправкой свежей жидкости следует очистить систему от отложений (особенно гидробак) и промыть ее. Не забывайте регулярно сливать отстой из гидробака.

    Для того чтобы сохранить работоспособность гидросистемы, следует избегать:
  • попадания в систему чрезмерного количества твердых загрязняющих частиц (причиной данного загрязнения бывают нарушения правил соблюдения чистоты при техобслуживании, сапуны гидробаков неправильной конструкции или неисправные, а также изношенные уплотнения гидроцилиндров);
  • попадания в систему чрезмерного количества загрязняющей воды (в результате неправильного хранения жидкости, отсутствия осушающих воздух сапунов на цистернах, негерметичности охладителя гидравлической жидкости на машине либо износа уплотнений гидроцилиндров), даже незначительное количество воды, 0,05–0,1%, ускоряет износ компонентов гидросистемы и разложение присадок жидкости;
  • перегрева жидкости (из-за неправильной работы машины или ошибок в конструкции гидросистемы).

Лабораторные анализы. Все специалисты утверждают в один голос: в процессе эксплуатации необходимо регулярно выполнять анализы гидравлической жидкости в специализированной лаборатории, особенно если машина дорогая и объем гидросистемы большой. Периодичность проведения анализов следует выбирать в зависимости от напряженности режима эксплуатации машины, проконсультировавшись с производителем машины и поставщиком жидкости. Однако при составлении графика взятия проб жидкости следует учитывать реальные обстоятельства: если режим эксплуатации стал существенно тяжелее или настораживают результаты анализов, нужно сократить интервалы между отбором проб.

    Также при составлении программы анализов гидравлической жидкости важно правильно выбрать проверяемые параметры, чтобы получать максимально полную информацию не только о состоянии самой жидкости, но и гидросистемы, и всей машины. Такой комплексный подход принято называть мониторингом. Как минимум при мониторинге гидравлической жидкости рекомендуется отслеживать изменения следующих параметров:
  • кинематическую вязкость жидкости при 40 °С и при 100 °С;
  • общее кислотное число;
  • содержание воды (по К. Фишеру);
  • наличие/ отсутствие гликоля;
  • спектрометрический поэлементный анализ методом ICP (индуктивно-связанной плазмы) для выявления признаков и степени износа оборудования, а также загрязнения жидкости посторонними включениями;
  • класс чистоты масла.

В процессе эксплуатации и при хранении гидравлическую жидкость рекомендуется визуально проверять на наличие отстоя и мути (на прозрачность), потому что замутнение жидкости может свидетельствовать о наличии загрязнения водой (что ухудшает смазывающие свойства), другими несовместимыми с гидрооборудованием жидкостями или мелкодисперсными твердыми частицами.

Хранение. Если гидравлическая жидкость хранится в бочках, рекомендуется складировать их в вертикальном положении заливной пробкой вниз либо на боку. Если бочки складированы вне помещения, желательно что-то под них подложить или выстроить помост, а также навес, чтобы защитить от контакта с грунтом, воздействия воды и грязи. Если жидкость хранится в больших цистернах, рекомендуется фильтровать ее при закачивании в емкость и при выдаче, обеспечивая необходимую для вашего оборудования степень очистки, например соответствующую 8–9 кл. по ГОСТ 17216-2001 или коду чистоты 16/13 по стандарту ISO 4406. Также применение на крупных цистернах сапунов, осушающих воздух, помогает защищать хранящуюся жидкость от проникновения влаги, как это делается в гидробаках машин.

Жидкость, которая контактировала с воздухом, может храниться не более двух лет. Однако для предовращения использования ставшей «некондиционной» в результате неправильного хранения гидравлической жидкости рекомендуется сделать контрольный анализ пробы из тары.

Выбор гидравлической жидкости

Сегодня на рынке присутствует ряд различных линеек продуктов, различающихся эксплуатационными свойствами и ценой: от минеральных масел без присадок до синтетических, содержащих длинный перечень присадок, придающих жидкости необходимые свойства для работы в определенных условиях.

Подбор по вязкости и температуре. При выборе обязательно должна учитываться вязкость жидкости в рабочем диапазоне температур. Для жидкостей на базе минеральных масел средняя рабочая температура не должна превышать 80–90 °С.

Обычно считается, что вязкость гидравлической жидкости подбирают в зависимости от требований гидронасосов системы. Однако в действительности должна учитываться еще и пропускная способность самых узких каналов системы, например, в клапанах и гидрораспределителях. По этой причине в разных строительных машинах, использующих одинаковые гидронасосы, иногда применяются разные сорта гидравлических жидкостей.

Поэтому при выборе гидравлической жидкости необходимо следовать рекомендациям производителей оборудования и особое внимание обращать на рекомендованный класс вязкости. Тем не менее при выборе следует учитывать и конкретные условия эксплуатации данной машины, ведь производитель дает лишь некие «общие усредненные» рекомендации (например, иногда нет специальных рекомендаций для условий Крайнего Севера). Если условия эксплуатации вашей машины явно отличаются от «средних», при выборе сорта жидкости рекомендуется проконсультироваться и с поставщиком оборудования, и с поставщиком жидкости.

Если вязкость будет слишком высокой, производительность насоса может оказаться недостаточной, чтобы прокачать жидкость при низкой температуре во время запуска. Если вязкость слишком низкая, при высоких температурах произойдут чрезмерно большие внутренние утечки жидкости и производительность насоса упадет, к тому же ухудшится смазывание компонентов (пленка будет разрываться), а также имеется опасность возникновения в жидкости разрушительной кавитации.

За последние несколько лет на рынок поступили гидравлические жидкости с высоким индексом вязкости (HVI) и высоким сопротивлением сдвигу. Современные жидкости HVI обладают очень стабильными характеристиками в широком диапазоне температур, поэтому являются хорошим выбором, особенно в нашем северном климате с большим диапазоном годовых температур. Применение жидкости HVI позволяет сократить ассортимент применяемых гидравлических жидкостей в машинном парке, так, например, жидкость HVI класса вязкости ISO 46 может заместить жидкости пяти классов вязкости ISO VG: от 15 до 68. Также есть разработки гидравлических жидкостей со сверхвысоким индексом вязкости (более 300), что обеспечивает перекрытие широкого температурного диапазона жидкостью класса ISO 32. Такие жидкости находят свое распространение в применении на карьерной технике, где объемы заправки весьма велики и применение «сезонной гидравлики» неэкономично.

Подбор по цене, качеству и режиму работы. Жидкости для гидросистем должны подбираться также в зависимости от возможностей покупателя по цене. Даже у ведущих производителей «однотипные» гидравлические жидкости одного класса могут различаться по цене до 30%, в частности, из-за различия в составе пакета присадок.

Для гидравлических систем современных машин со сложным гидравлическим оборудованием, работающим в напряженных режимах, требуются новые высококачественные сорта жидкостей. Рекомендуется использовать высокосортные жидкости, в основном импортных марок. Некоторые эксперты высказывают мнение, что у отечественных жидкостей, в основе которых отечественное сырье, несмотря на заявленный такой же, как у импортных, класс, срок эксплуатации значительно ниже.

Однако высокосортные импортные жидкости стоят достаточно дорого. Поэтому, если предполагаемый режим эксплуатации машины не является напряженным (машина работает не постоянно, периодически, на режимах неполной нагрузки), можно использовать жидкость класса ниже предпочтительного, если это допускается производителем оборудования. Все ведущие производители гидравлических жидкостей предлагают полные линейки продуктов с различным соотношением цена–режим эксплуатации, из которых можно подобрать продукт, оптимальный для конкретных задач и условий эксплуатации.

Заключение. Рекомендуется выбирать гидравлическую жидкость, «официально одобренную» производителем оборудования, то есть полностью отвечающую требованиям, указанным в сервисной документации. При этом за каждым обозначением отраслевого стандарта или одобрения производителя техники, нанесенным на емкости с гидравлической жидкостью, скрывается конкретная программа испытаний, позволяющая предсказать поведение этой жидкости в реальных условиях эксплуатации.

Ведущие производители гидравлических жидкостей проводили сравнительные испытания новейших жидкостей премиум-класса и давно выпускаемых традиционных жидкостей с противоизносными присадками, рекомендованных производителями различного специального оборудования. Испытания показали, что при использовании новейших гидравлических жидкостей не только защищаются от износа компоненты систем, но и достигается экономия топлива: уменьшаются потери на входе и выходе из насоса (так называемые насосные потери и потери давления), в результате увеличивается к.п.д.

Кроме заявленных характеристик гидравлической жидкости потребителю было бы очень интересно знать, как сохраняются (или изменяются) эти характеристики в течение всего срока эксплуатации жидкости. Например, для эксплуатации очень важна устойчивость параметра «сопротивление сдвигу»: два сорта гидравлической жидкости могут быть заявлены как обладающие одинаково высоким сопротивлением сдвигу. Какой из сортов выбрать? Ведь не исключено, что у какой-то из этих жидкостей сопротивление сдвигу может упасть в течение первых же 15–20 часов работы. Если это произойдет, вязкость жидкости может стать меньше значения, допустимого для работы гидронасоса, и темп его износа возрастет. К сожалению, крайне сложно получить от поставщика достоверные сведения по устойчивости характеристик продукта.

* * *

Несмотря на то, что жидкости для автоматических трансмиссий и другие «пригодные для работы в гидросистемах» широко применяются в гидрооборудовании, среди специалистов отрасли нет единого мнения, может ли быть достигнута при применении этих масел такая же производительность гидросистемы, как при использовании современных специально разработанных гидравлических жидкостей, предназначенных для работы при повышенных температуре и давлении, увеличившейся производительности гидронасосов и в условиях уменьшившихся объемов гидросистем, гидробаков (из-за чего сокращается время на деаэрацию – выделение из жидкости воздуха и воды).

Автору представляется сомнительной возможность использования вышеуказанных «заменителей» вместо специализированных гидравлических жидкостей. Неспециализированные масла не содержат необходимых присадок, температурный рабочий диапазон у них, как правило, меньше, они не обладают необходимой устойчивостью к негативным воздействиям в процессе работы, их использование наверняка нанесет вред компонентам гидросистемы и сократит срок ее службы. Особенно не рекомендуется использовать в гидросистемах маловязкие индустриальные (т. н. «веретенные») масла, которые обладают высокой способностью поглощать влагу из воздуха и не содержат необходимых присадок.

Впрочем, ряд производителей внедорожной техники допускают использование неспециализированных жидкостей в гидросистемах.

Автор выражает благодарность за помощь в подготовке статьи Службе технической поддержки концерна Shell, Службе технической поддержки Castrol/BP, компании ООО «Равенол Руссланд».

 

Классификация по ISO 3448 распространяется на гидравлические и индустриальные жидкости и основана на вязкости и наличии присадок. Вязкость делится на 18 категорий. Номер категории (от 2 до 1500) соответствует значению кинематической вязкости при 40 °C в мм2/с (сСт) с допуском 10% от номинального значения в каждой категории.

Типичные для гидравлических жидкостей категории указаны в таблице. Наиболее часто в гидросистемах применяют жидкости с показателем вязкости 32; 46 и 68.

Гидравлические масла также квалифицированы стандартом ISO 6074 по эксплуатационным свойствам. Согласно этому стандарту масла из минерального сырья, используемые в гидросистемах, объединены в группу Н, которая в свою очередь подразделяется на четыре категории в зависимости от состава масел и основной области их применения:

HH – масла минеральные без присадок;

HL – масла минеральные с антиокислительными и антикоррозионными присадками;

HM – масла типа HL с противоизносными присадками;

HV – масла типа HM с улучшенными вязкостно-температурными свойствами.

В соответствии с ГОСТ 17479.3–85 («Масла гидравлические. Классификация и обозначение»), аналогично стандарту ISO 3448, гидравлические масла по значению вязкости при 40 °С делятся на 10 классов (см. таблицу). Обозначение отечественных гидравлических масел состоит из трех групп индексов: буквы «МГ» (минеральное гидравлическое); цифры, характеризующие класс кинематической вязкости, и буква, характеризующая принадлежность к одной из трех групп по эксплуатационным свойствам (А, Б, В).

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

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

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

Группа В (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.

Классы вязкости гидравлических масел по ISO VG
Класс вязкости Кинематическая вязкость при 40 °С, мм2/c
5
4,14–5,06
7
6,12–7,48
10
9,00–11,00
15
13,50–16,50
22
19,80–24,20
32
28,80–35,20
46
41,40–50,60
68
61,20–74,80
100
90,00–110,00
150
135,00–165,00

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

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

    По вязкостным свойствам гидравлические масла условно делятся на:
  • маловязкие – классы вязкости с 5 по 15;
  • средневязкие – классы вязкости 22 и 32;
  • вязкие – классы вязкости с 46 по 150.

По классификации API (Американский нефтяной институт) бо’льшая часть современных гидравлических жидкостей относится к Group II и Group III. Жидкости Group III имеют отличные антиокислительные свойства и хорошо сохраняют вязкость при изменении температуры.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ, РАСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Гидравлика
Игорь Павлов Основные Средства 01'2013 11 января 2013

Комментарии (0)