أنواع سوائل العمل. الخصائص الفيزيائية للسوائل
سوائل العمل
واحد . متطلبات سوائل العمل.
يمكن التشغيل العادي للمحرك الهيدروليكي عند استخدام سوائل العمل التي يمكنها أداء وظائف مختلفة في وقت واحد.
بادئ ذي بدء ، السائل العامل في المحرك الهيدروليكي هو مائع العمل ، أي هو ناقل للطاقة ، يضمن نقل الأخير من مصدر الطاقة (المحرك) إلى المستهلك (المحركات). بالإضافة إلى ذلك ، يعمل مائع العمل كمواد تشحيم في أزواج الاحتكاك للمحرك الهيدروليكي ، كونه عامل تشحيم وتبريد ، ووسيط يزيل منتجات التآكل. تشمل وظائف مائع العمل حماية أجزاء المحرك الهيدروليكي من التآكل.
في هذا الصدد ، تُفرض متطلبات متنوعة على سوائل العمل ، متناقضة إلى حد ما ولا يكون تحقيقها دائمًا ممكنًا بالكامل. وتشمل هذه:
خصائص تشحيم جيدة
تغير طفيف في اللزوجة مع تغيرات في درجة الحرارة والضغط ؛
الخمول فيما يتعلق بالمواد الإنشائية لأجزاء المحرك الهيدروليكي ؛
اللزوجة المثلى ، مما يضمن الحد الأدنى من فقد الطاقة والأداء الطبيعي للأختام ؛
سمية منخفضة للسائل العامل نفسه وأبخاره ؛
ميل ضئيل للرغوة
خصائص مضادة للتآكل. القدرة على حماية أجزاء المحرك الهيدروليكي من التآكل ؛
الكثافة المثلى
متانة؛
الذوبان الأمثل للماء في سائل العمل: ضعيف بالنسبة للزيوت المعدنية النقية ؛ جيد للمستحلبات وما إلى ذلك.
القابلية للاشتعال.
قدرة منخفضة على امتصاص أو إذابة الهواء ؛
الموصلية الحرارية الجيدة
معامل التمدد الحراري الصغير
القدرة على التنظيف الجيد من الملوثات ؛
التوافق مع ماركات أخرى من سائل العمل ؛
سعر منخفض؛
يؤدي عدم الامتثال لهذه الشروط إلى انتهاكات مختلفة في أداء المحرك الهيدروليكي. على وجه الخصوص ، تؤدي خصائص التشحيم السيئة أو المقاومة للتآكل إلى تقليل عمر خدمة المشغل الهيدروليكي ؛ تقلل اللزوجة غير المثلى أو اعتمادها الشديد على أوضاع تشغيل المحرك الهيدروليكي من الكفاءة الكلية. إلخ.
يتم تحديد التشغيل العادي وطويل الأجل للمحرك الهيدروليكي بالتساوي من خلال الاختيار الصحيح للعلامة التجارية لسائل العمل أثناء التصميم ، والتشغيل الكفء للمحرك الهيدروليكي.
2. خصائص وخصائص السائل العامل
2.1 الخصائص الفيزيائية العامة
كثافة مائع العمل هي كمية فيزيائية تحدد نسبة كتلة المائع إلى حجمه:
وحدة الكثافة - كجم / م 3.
قيمة الكثافة لها أهمية كبيرة ل أداء الطاقةمحرك هيدروليكي. تعتمد قيمة الخسائر الهيدروليكية على ذلك ، والتي يتم تحديدها على أنها
حيث C هي سرعة السائل.
يتم وصف التغير في كثافة مائع العمل عندما تتغير درجة الحرارة من t1 إلى t2 بالتعبير:
rt2 = r n1 / 1 + b (t2-t1).
أين ب هو معامل تمدد الحجم.
يتميز التغير النسبي في حجم السائل مع تغير درجة الحرارة بمعامل درجة حرارة تمدد الحجم ب.
حيث V و DV هما الحجم الأولي والزيادة في الحجم مع ارتفاع درجة الحرارة بمقدار Dt. وحدة المعامل ب هي 1 / درجة مئوية.
يمكن تحديد التغيير في حجم DV وحجم سائل العمل عندما تتغير درجة الحرارة من t1 إلى t2 بواسطة الصيغ:
Vt2 = Vt1.
قيمة معامل التمدد الحجمي صغيرة. ومع ذلك ، يجب أن يؤخذ هذا التغيير في الاعتبار عند حساب المحركات الهيدروليكية مع دوران تدفق مغلق لتجنب تدمير عناصر المحرك الهيدروليكي أثناء التسخين.
ترجع إمكانية تدمير أجزاء من المحرك الهيدروليكي إلى الاختلاف في قيم معامل درجة الحرارة لتمدد الحجم لسائل العمل والمعدن لأجزاء المحرك الهيدروليكي. عادة ما يتم تقدير الزيادة في الضغط بسبب التسخين بالصيغة التالية:
Dp = (b-bm) DtE / k
حيث bm هو معامل التمدد الحجمي لمادة أجزاء المحرك الهيدروليكي ؛
E هو معامل مرونة السائل ؛
ك- المعامل الذي يميز المرونة الحجمية لمادة عناصر القيادة الهيدروليكية.
تقدير تقريبي لزيادة الضغط في وعاء مغلق عند التسخين بمقدار 10 درجات مئوية والمتوسط المقبول للقيم b = 8.75 10-4 ، bm = 5.3 10-5 ، E = 1.7 103 MPa و k = 1 يعطي a قيمة حوالي 15 ميجا باسكال. لذلك ، في محرك هيدروليكي مع دوران مغلق ، يتم تشغيله مع مجموعة واسعة من التغييرات في درجة حرارة مائع العمل ، يجب تثبيته صمامات الأمانأو غيرها من الأجهزة التي تعوض زيادة درجة الحرارة في حجم السائل.
انضغاطية السائل هي قدرته على تغيير حجمه بطريقة قابلة للانعكاس تحت تأثير الضغط الخارجي ، أي بحيث يتم استعادة الحجم الأولي بعد انتهاء الضغط الخارجي.
تتميز قابلية انضغاط السائل بمعامل مرونة السائل E بالبعد Pa (أو MPa).
يتم تحديد الانخفاض في حجم السائل تحت الضغط من خلال الصيغة
مع زيادة الضغط ، يزداد معامل المرونة ، وعندما يسخن السائل يتناقص.
عادةً ما يحتوي زيت المحرك الهيدروليكي العامل على ما يصل إلى 6٪ من الهواء غير المذاب. بعد الاستقرار لمدة يوم ، ينخفض محتوى الهواء إلى 0.01-0.02٪. في هذه الحالة ، يكون مائع العمل عبارة عن خليط غاز-سائل ، يتم حساب معامل المرونة بواسطة الصيغة:
Egzh \ u003d E (Vzh / Vp + 1) / (V well / Vp + E p0 / p 2)
حيث Vl ، Vp هي أحجام المراحل السائلة والغازية ، على التوالي ، عند الضغط الجوي Р0.
يحتوي سائل العمل أيضًا على كمية معينة من الهواء المذاب (يتناسب مع الضغط) ، والذي لا يؤثر عمليًا على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للزيت ، ولكنه يساهم في حدوث التجويف ، خاصة في خطوط الشفط للمضخات ، في الخانق وأماكن أخرى من المحرك الهيدروليكي ، حيث يوجد تغيير حاد في الضغط.
2.2 اللزوجة
اللزوجة - خاصية السائل لمقاومة قص طبقة بالنسبة إلى أخرى تحت تأثير القوة العرضية للاحتكاك الداخلي. إجهاد الاحتكاك وفقًا لقانون نيوتن يتناسب مع تدرج السرعة dC / dy
يسمى معامل التناسب h اللزوجة الديناميكية
وحدة اللزوجة الديناميكية هي 1 باسكال (ثانية باسكال).
الأكثر شيوعًا هو مؤشر آخر - اللزوجة الحركية ، والذي يأخذ في الاعتبار اعتماد قوى الاحتكاك الداخلي على القصور الذاتي لتدفق السوائل. يتم إعطاء اللزوجة الحركية (أو معامل اللزوجة الديناميكية) بواسطة
وحدة اللزوجة الحركية 1 م 2 / ثانية. هذه القيمة كبيرة وغير ملائمة للحسابات العملية. لذلك ، يتم استخدام قيمة 104 أقل من -1 سم 2 / ثانية = 1Cst (ستوكس) ، أو مائة من St - cSt (سنتيستوكس). تشير المستندات التنظيمية والفنية عادةً إلى اللزوجة الحركية عند 100 درجة مئوية - (100 جم) أو عند 50 درجة مئوية - (جم 50). بالنسبة للعلامات التجارية الجديدة من الزيوت ، وفقًا للمعايير الدولية ، تتم الإشارة إلى اللزوجة عند 40 درجة مئوية (بشكل أكثر دقة عند 37.8 درجة مئوية) - g40. درجة الحرارة المشار إليها تقابل 1000 فهرنهايت.
في الممارسة العملية ، يتم أيضًا استخدام معلمات أخرى تميز لزوجة السوائل. غالبًا ما يتم استخدام ما يسمى باللزوجة الشرطية أو النسبية ، والتي يتم تحديدها من خلال تدفق السائل عبر الفتحة الصغيرة لمقياس اللزوجة (جهاز لتحديد اللزوجة) ومقارنة وقت التدفق مع وقت تدفق الماء. اعتمادًا على كمية السائل الذي يتم اختباره ، وقطر الثقب وظروف الاختبار الأخرى ، يتم استخدام مؤشرات مختلفة. في روسيا ، لقياس ظروف اللزوجة ، تم اعتماد درجات إنجلر التقليدية (° E) ، وهي قراءات مقياس اللزوجة عند 20 و 50 و 100 درجة مئوية والمحددة على التوالي ° E20 ؛ ° E50 و ° E100. قيمة اللزوجة بالدرجات إنجلر هي نسبة وقت التدفق خلال فتحة مقياس اللزوجة 200 سم 3 من سائل الاختبار إلى وقت تدفق نفس الكمية من الماء المقطر عند t = 20 درجة مئوية ..
تعتمد لزوجة السائل على التركيب الكيميائي ودرجة الحرارة والضغط. العامل الأكثر أهمية الذي يؤثر على اللزوجة هو درجة الحرارة. يختلف اعتماد اللزوجة على درجة الحرارة باختلاف السوائل. بالنسبة للزيوت في نطاق درجة الحرارة من t = +50 0C إلى نقطة الصب ، يتم تطبيق الصيغة:
nzh = n50 exp (A / Tzha)
حيث nl هي قيمة اللزوجة الحركية عند درجة الحرارة Tl (° K) ، في سم سم ؛
A و a معاملات تجريبية.
بالنسبة لبعض سوائل العمل ، يتم إعطاء قيم المعاملين A و a في الجدول. واحد.
الجدول 1.
|
ترتيب العمل
سيساعدك خبراؤنا في كتابة ورقة مع التحقق الإلزامي من التفرد في نظام مكافحة الانتحال
قم بتقديم طلببالمتطلبات الآن لمعرفة التكلفة وإمكانية الكتابة.
سوائل العمل ضرورية جزء لا يتجزأمحرك هيدروليكي يؤدي الوظيفة الأكثر أهمية - دور مائع العمل. إن سوائل العمل هي التي تحدد إلى حد كبير معلمات التشغيل الممكنة والموارد التقنية ومؤشرات الموثوقية لمحركات الأقراص. تؤدي الأخطاء في اختيار سوائل العمل ووسائط التشحيم إلى زيادة تآكل المعدات الهيدروليكية ، وفي بعض الحالات تؤدي إلى فشلها المبكر. بالإضافة إلى ذلك ، تعاني الشركات التي تستخدم المعدات الهيدروليكية من خسائر اقتصادية جسيمة مرتبطة بتسرب مائع العمل ، والذي يمكن أن يحدث ليس فقط بسبب تآكل الأختام وتقادمها ، ولكن أيضًا بسبب ارتفاع درجة حرارة سائل العمل الناجم عن تلوثه. إن نطاق المشكلات التي يتعين حلها والمتعلقة بالاختيار العقلاني لسوائل العمل وتشغيلها واسع للغاية ويتطلب دراسة شاملة للمشكلات المعقدة التي توجد عند التقاطع ، من ناحية ، الهندسة الميكانيكية ، والهيدروليكا ، والاقتصاد ، و ، من ناحية أخرى ، علم الترايبولوجي ، والبتروكيماويات ، وهندسة الحرارة. يصعب حل مثل هذه المشكلات المعقدة لكل من المهندس الميكانيكي ومهندس البتروكيماويات ذو التدريب التقليدي. فيما يتعلق بهذه الأخيرة نسبيًا ، هناك اتجاه علمي وتقني جديد - علم الكيمياء.
علم الكيمياء هو علم الخصائص والجودة والاستخدام الرشيد للوقود ومواد التشحيم والسوائل الخاصة ، ودراسة ، على وجه الخصوص ، من موقع منطقي موحد ، العمليات في عناصر الآليات التي تتلامس مع سائل عامل أو وسط تشحيم. تتكون كلمة "علم الكيمياء" من اختصار ثلاث كلمات: الكيمياء (كيميا - يوناني) ؛ المحرك (المحرك - خط الطول) ؛ لوجي (شعارات - يوناني - علم).
كشفت ممارسة تشغيل آلات وآليات المعالجة المائية عن جدوى تدريب موظفي الخدمة في مجال علم الكيمياء ، منذ اختيار مؤهل وكفؤ. اعمال صيانةلا يؤدي تشغيل مائع العمل إلى زيادة العمر التشغيلي له فحسب ، بل يؤدي أيضًا إلى زيادة العمر الفني للمحركات الهيدروليكية. من المهم جدًا مراعاة سوائل العمل ومواد التشحيم بالاقتران مع تشغيل الأنظمة الهيدروليكية ومكوناتها.
هنا ، يتم النظر في العمليات في عناصر الآلات الهيدروليكية ويتم تقديم العلاقات الرياضية الأساسية التي تصف هذه العمليات ، بالإضافة إلى الصيغ التجريبية الحالية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم النظر في الخصائص الفيزيائية للسوائل بمزيد من التفصيل فيما يتعلق بإمكانية التشغيل معها باستخدام الأساليب الحديثة لحساب الأنظمة الهيدروليكية. يتم إيلاء اهتمام خاص لآلية شيخوخة سوائل العمل وعلاقتها بالتركيب الجزيئي للأخير.
يمكن أن تكون ظروف تشغيل مائع العمل صعبة للغاية:
هذا نطاق درجة حرارة واسع (-60 ... + 90 درجة مئوية) ؛
معدلات تدفق عالية أثناء الاختناق - أكثر من 50 م / ث ؛
ضغوط عالية تصل إلى 32 ميجا باسكال وما فوق ؛
تلامس سائل العمل مع المواد الإنشائية المختلفة.
تزيد ظروف التشغيل المذكورة من مستوى متطلبات سوائل العمل للأنظمة الهيدروليكية.
تنقسم سوائل العمل إلى مجموعتين:
المجموعة 1 - مع القابلية للاشتعال العادية. هذه هي سوائل العمل على أساس المعادن (البترول) ؛
المجموعة 2 - ذات قابلية منخفضة للاشتعال أو مقاومة للحريق. هذه هي سوائل العمل المائية والاصطناعية.
تحتوي سوائل العمل البترولية على حد أعلى منخفض نسبيًا لنطاق درجة حرارة التشغيل وتحتوي على مضادات الأكسدة والمواد المضافة المضادة للتآكل. تتراوح درجة الحرارة القصوى للزيوت المعدنية من 80 إلى 90 درجة مئوية مع زيادة قصيرة المدى في درجة الحرارة إلى 110 ... 120 درجة مئوية.
تتميز سوائل العمل الاصطناعية بخصائص درجات الحرارة العالية وتوفر أمانًا من الحرائق في درجات حرارة تصل إلى 350 درجة مئوية. ومع ذلك ، فهي غالية الثمن نسبيًا ، مما يحد من استخدامها. تُستخدم الفئات التالية من السوائل الاصطناعية في الأنظمة الهيدروليكية:
1) ديستر (استرات) ؛
2) سيلوكسانات (سوائل تعتمد على بوليمرات السليكون العضوي) ؛
3) الفوسفات (سوائل تعتمد على إسترات حمض الفوسفوريك) ؛
5) الفلور - والكلور العضوي (هالوكربون).
تُستخدم السوائل القائمة على الداستر في الأنظمة الهيدروليكية ذات الأحمال العالية بشكل خاص على العناصر في نطاق درجة حرارة التشغيل من -30 إلى +180 ، مع مراعاة فحص شامل لمدى توافقها مع مواد النظام الهيدروليكي. الأكمام والأختام المصنوعة من مطاط النتريل ، والمواد العازلة للكهرباء ، والمعادن التي تحتوي على الرصاص والكادميوم والزنك لا تعمل بشكل جيد في بيئة الديستر.
السيلوكسانات والبولي سيلوكسانات لها أكثر خصائص درجة حرارة اللزوجة المسطحة التي تميز جميع سوائل العمل. إنها شديدة الانضغاط ، ولكن لها حد أدنى من التوتر السطحي. هذا الأخير يسمح لهم باستخدامها كمضافات مضادة للرغوة. هذه السوائل مقاومة للأكسدة ودرجات حرارة تصل إلى 190 درجة مئوية ، ومع ذلك ، عند تعرضها لدرجة حرارة 200 درجة مئوية لفترة طويلة ، فإنها تتحلل لتكوين السيليكا ، وهي مادة كاشطة. تعتبر مواد التشحيم من المجموعة 2 ضعيفة ، خاصة على الفولاذ ، لذلك تستخدم السيلوكسانات فقط في الخلائط مع الديستر أو الزيوت البترولية.
زادت الفوسفات من مقاومة الحريق والزيوت الجيدة. ومع ذلك ، فإن خصائص درجة حرارة اللزوجة الخاصة بها أسوأ من خصائص الزيوت. الفوسفات عرضة للتحلل المائي ، لذلك لا ينبغي أن تستخدم في الأنظمة الهيدروليكية مع احتمال حدوث فيضان. العديد من الفوسفات سامة. بالإضافة إلى ذلك ، لديهم ميل متزايد للرغوة ، وكذلك عدم التوافق مع مواد الختم التقليدية ومقاومة إشعاع أسوأ من الزيوت. عند التحلل المائي ، يشكل الفوسفات مركبات الفوسفات التي يمكن أن تتفاعل مع المواد الزجاجية والمينا والمعادن.
لا تشتعل السوائل المائية من المجموعة 4 عند رشها على لهب أو على سطح بدرجة حرارة تصل إلى 700. وقد زادت السوائل الأخرى من مقاومة الحريق ، ولكنها قابلة للاحتراق ، أي أنها يمكن أن تشتعل عند تعرضها للنار أو الأجسام الساخنة. فقط سوائل الفلورين العضوي هي غير قابلة للاحتراق تمامًا ، كما أنها خاملة كيميائيًا ، ولها ثبات حراري.
تعتبر سوائل الجليكول المائي سامة ، لذلك غالبًا ما تستخدم سوائل الجلسرين المائي مع الإضافات. تتميز سوائل المجموعة 4 بخصائص درجة حرارة اللزوجة المرضية وخصائص التشحيم ومقاومة التآكل.
الميزة الكبيرة للسوائل المائية هي توافقها مع المواد المانعة للتسرب القائمة على مطاط النتريل. بالإضافة إلى ذلك ، لديهم انضغاطية منخفضة وأعلى سعة حرارية. تشمل عيوب المجموعة 4 الموصلية الكهربائية وعدم التوافق المحتمل مع طلاءات الطلاء.
السوائل المائية غير قابلة للاحتراق طالما أنها تحتوي على ما لا يقل عن 30٪ ماء بالكتلة ، لذلك يتم استخدامها في أنظمة هيدروليكية مضغوطة تضمن عدم وجود خسائر بسبب تبخر الماء. نظرًا لانخفاض درجة غليان الماء ، يكون ضغط بخار المجموعة 4 مرتفعًا. لذلك ، يوصى باستخدام السوائل المحتوية على الماء في نطاق درجة حرارة التشغيل من 65 إلى 70. إذا تبخر الماء ، فقد يشتعل الجلسرين أو الجليكول. في الممارسة المنزلية ، تُستخدم سوائل غليكول الماء فقط لأنظمة التبريد (الانتفريزات ، الانتفريزات). يستخدم سائل الجلسرين المائي PGV للأنظمة الهيدروليكية للأجسام المتحركة والمحركات الهيدروليكية للسفن في نطاق درجة حرارة التشغيل من -30 إلى 65 ... 70. لديها خاصية مميزة لون ازرق. كانت نتائج التشغيل طويل الأمد لـ PGV في المحركات الهيدروليكية دون استبدال المواد إيجابية. ومع ذلك ، من الضروري أولاً إجراء تحليل شامل لتوافق PGV مع مواد النظام الهيدروليكي ، خاصةً مع الطلاء والورنيش والطلاء المطلي بالكهرباء. يتم تعويض فقد المياه بسبب التبخر (للأنظمة الهيدروليكية المحكم نسبيًا 3 ... 4٪ سنويًا) بإضافة الماء المقطر أو الناعم. عند إضافة الماء العسر ، وكذلك عندما تدخل مواد التشحيم والزيوت في سائل PGV ، قد يحدث هطول.
بالنسبة للأنظمة الهيدروليكية الصناعية التي تعمل في ظروف خطر الحريق المحتمل ، يتم استخدام سوائل Promhydrol المائية - الجلسرين (الدرجات P20 ، P20M1 ، M20M2 ، اللون - أصفر فاتح). يختلف Promhydrol عن سائل PGV بمحتوى عالٍ من مادة مضافة للتكثيف. تبلغ درجة حرارة الاشتعال الذاتي لـ Promhydrol 420 ، مما جعل من الممكن استخدامه في النظام الهيدروليكي لفرن الصهر.
سوائل الفلور العضوية التركيب الكيميائيمقسمة إلى ثلاث مجموعات رئيسية:
فلورو كلورو كربون - بوليمرات منخفضة الوزن الجزيئي من ثلاثي كلورو فلورو إيثيلين (في الممارسة المحلية ، الصفوف 11F ، 12F ، 13F ، 14F ؛ في الولايات المتحدة - kelef ، fluorolyub) ؛
المركبات الكربونية الفلورية المشبعة التي يتم الحصول عليها عن طريق فلورة زيوت البترول ؛
لذلك ، الزيوت المعدنية لها نطاق درجات حرارة محدود للتطبيق. بالإضافة إلى ذلك ، فهي قابلة للاشتعال. هذه العيوب أقل وضوحا في سوائل العمل الاصطناعية. تتميز بخاصية درجة حرارة اللزوجة المسطحة ، ولديها مقاومة أكبر للحريق. تشمل عيوب السوائل الاصطناعية التكلفة العالية ، وسوء التشحيم ، والحاجة إلى التحول إلى مواد مانعة للتسرب خاصة.
نوع آخر من سوائل العمل هو المستحلبات المحتوية على الماء. تتميز بتكلفة منخفضة وقابلية انضغاط منخفضة وقدرة حرارة أعلى ومقاومة للحريق. في المحركات الهيدروليكية لآلات التشكيل والضغط ، تُستخدم مستحلبات الزيت في الماء ، والتي تتكون من 2 ... 5٪ إيمولول يحتوي على زيت معدني و 95 ... 98٪ ماء. Emulsol موجود في الماء في المرحلة المشتتة. عيوب هذه السوائل هي انخفاض نسبة التشحيم ، والتآكل العالي وعدم القدرة على استخدامها في درجات حرارة منخفضة. أكثر مستحلب واعد "الماء في الزيت" ، محتوى الماء منه حوالي 40٪. فهو يجمع بين الخصائص الإيجابية لمستحلبات الزيت في الماء والزيوت المعدنية. ومع ذلك ، فإن سوائل العمل المحتوية على الماء لم تنتشر بعد على نطاق واسع ، حيث يؤدي التحول إليها إلى زيادة تكلفة الأجهزة الهيدروليكية الفردية بحوالي 1.5-5 مرات وزيادة الطاقة التي تستهلكها المضخات بنحو 1.5 مرة. حاليًا ، يتم استخدامها في الأنظمة الهيدروليكية التي تعتبر فيها قضايا السلامة من الحرائق مهمة بشكل خاص ، على سبيل المثال ، في معدات التعدين والتعدين.
في السنوات الاخيرةيجري العمل المكثف على استخدام سوائل العمل الصديقة للبيئة في المحركات الهيدروليكية ، وقبل كل شيء ، من أصل نباتي. أفضل ما هو معروف في هذا الصدد هو زيت بذور اللفت ، والذي ، من حيث خصائصه الترايبولوجية ، ليس فقط أقل شأنا ، ولكن في بعض المعايير ، على سبيل المثال ، تآكل الأسطح المحاكة ، يتفوق على سوائل العمل القائمة على الزيت. لمحاربة الشيخوخة الزيوت النباتيةتضاف إليها إضافات خاصة مضادة للأكسدة. تعتمد لزوجة الزيوت النباتية على درجة الحرارة بدرجة أقل بكثير من الزيوت المعدنية. لكن بالنسبة للزيوت النباتية ، فإن دخول الماء ، الذي يؤدي إلى تسوسها ، أمر غير مقبول.
من وجهة نظر بيئية ، من المهم أيضًا استخدام الماء النقي كسائل عامل. على الرغم من أوجه القصور المفهومة في المياه لتشغيل الآلات الهيدروليكية والأجهزة الهيدروليكية ، والتي ، بتكاليف معينة ، يمكن تعويضها من خلال تدابير بناءة واختيار المواد المناسبة ، الصفات الإيجابيةاجعله سائل عمل مناسبًا. انخفاض كبير الخسائر الهيدروليكية، يصبح من الممكن في كثير من الحالات التخلي عن أنظمة التبريد لسائل العمل. تساهم نسبة الضغط الحجمي المنخفضة في زيادة صلابة المحرك الهيدروليكي. طور Danfoss (الدنمارك) نظام Nessie الهيدروليكي القادر على العمل بالمياه النظيفة.
في تركيب وصيانة الآليات التقنية ، يتم إيلاء أكبر قدر من الاهتمام للعناصر الوظيفية والمعدات المساعدة وأنظمة التثبيت والدعم المختلفة. ولكن في الوقت نفسه ، تعتمد جودة تشغيل المعدات عليها إلى حد كبير ، فهي تؤدي وظائف مختلفة ، ولكن جميعها تنحصر في النهاية في مهمة واحدة - وهي إطالة عمر الخدمة للعنصر الذي يتم تقديم الخدمة له. يشغل السائل الهيدروليكي مكانًا خاصًا في هذه المجموعة ، والذي يعمل أيضًا كمكون وظيفي ، مما يضغط على عناصر العمل في الآلية.
أين تستخدم السوائل الهيدروليكية؟
تستخدم الزيوت من هذا النوع في مختلف الأجهزة والآليات التقنية. المثال الكلاسيكي لتطبيقها هو خط الأنابيب أغلق الصبابات. في حد ذاتها ، يتم استخدام الأجهزة الهيدروليكية على نطاق واسع في مختلف مجالات الصناعة والتصنيع والبناء. يمكن أن تكون هذه آلات ضغط ، ووحدات في خطوط المصنع ، وأنظمة معالجة هيدروليكية ، وما إلى ذلك. من المهم ملاحظة أنه يمكن أيضًا استخدام السوائل الهيدروليكية في المعدات المنزلية. قد تستخدم بعض نماذج محطات الهواء المضغوط ومعدات الضخ ووحدات الطاقة أيضًا مثل هذه السوائل. علاوة على ذلك ، فإن وظائف هذا النوع من الزيت مختلفة أيضًا - يجب النظر فيها بمزيد من التفصيل.
وظائف السوائل
تتمثل المهمة الرئيسية للسائل الهيدروليكي في نقل الضغط إلى مكون العمل في النظام. يمكن أن يكون مكبسًا أو صمامًا ، والشيء الرئيسي هو أن حجم الزيت يعمل كمرسل قوة ديناميكية وفي نفس الوقت يؤدي عددًا من الوظائف المساعدة. على سبيل المثال ، كما لوحظ بالفعل ، يوفر الزيت التقني تزييتًا لعناصر الاحتكاك في نظام العمل ، مما يطيل من عمرها. اعتمادًا على ظروف التشغيل ، قد تكون هناك حاجة أيضًا إلى مهام خاصة.
على سبيل المثال ، إذا تم التخطيط للتركيب للعمل في بيئة معرضة لتأثيرات حرارية أو ملامسة قريبة للرطوبة ، فسيتم استبدال السائل الهيدروليكي بتركيبة ذات صفات وقائية مناسبة. في هذه الحالة ، سيوصي التقني بزيت له خصائص مقاومة للتآكل وثبات حراري. في نفس الوقت ، بشكل افتراضي ، يوفر كل تكوين للسائل الهيدروليكي التنظيف. يتم غسل خطوط الأنابيب بانتظام ، ونتيجة لذلك تتخلص أسطحها الداخلية من الترسيب والمواد المدمرة الأخرى.
خصائص الزيوت للأنظمة الهيدروليكية
يتم تحديد جودة الوظائف المذكورة أعلاه من خلال خصائص تركيبة معينة. تشمل خصائص الأداء الأساسية للسوائل الهيدروليكية المقاومة الحرارية واللزوجة والخمول والكثافة. لكن صفات العمل الخاصة ، بما في ذلك الصفات الوقائية ، تكتسب أهمية متزايدة. على سبيل المثال ، يسمح لك مضاد التآكل بمقاومة البيئات السائلة والرطبة دون عمليات الصدأ السلبية. يعتبر السائل مهمًا أيضًا ، والذي يحدد شدة وظيفة عمل التركيبة. أي أنه كلما انخفض مؤشر المقاومة ، كان من الأسهل نقل القوة من وحدة الطاقة. نتيجة لذلك ، يتم إنفاق طاقة أقل لضمان تشغيل التثبيت. شيء آخر هو أن تحقيق مؤشرات المقاومة المثلى نادرًا ما يتم دون خسارة في الصفات الفنية والفيزيائية الأخرى للزيوت الهيدروليكية.
تصنيفات السوائل الهيدروليكية
يصنف الخبراء هذه السوائل وفقًا لعدة معايير. على سبيل المثال ، يتم تنفيذ التقسيم الرئيسي على أساس الغرض - مكان منفصل في المجموعة مشغول بالتركيبات الهيدروستاتيكية والهيدروديناميكية. يتم إطلاق السوائل أيضًا اعتمادًا على التطبيق. على وجه الخصوص ، توفر تركيبات زيوت التشحيم التي تحمل علامة ISO 15380 عمليات تحلل بيولوجي سريعة. هناك أيضًا تعديلات أكثر صداقة للبيئة. غالبًا ما يتم استخدامها في المجاميع. الصناعات الغذائية. السائل الهيدروليكي المسمى STOU شائع أيضًا. عادة ما تشارك في صيانة الأنظمة المتنقلة. في الوقت نفسه ، هناك حاجة إلى مجموعة كبيرة من السوائل المساعدة ، والتي لا تعمل في الجزء الرئيسي من آلية المكبس الهيدروليكي ، ولكنها تستخدم في دعم فنيالمكونات الفردية مثل أدوات التوصيل ومجموعات المحامل والمحولات.
أنواع السوائل على أساس صفات العمل
في هذا التصنيف ، من المناسب النظر في ثلاث مجموعات رئيسية ، تتمثل الأولى في التركيبات الرئيسية ، والتي تختلف في مؤشرات متوازنة من اللزوجة والانضغاط والضغط. يمكن القول أن هذه وسائل عالمية نموذجية لتوفير وظيفة هيدروليكية سائلة. المجموعة الثانية تغطي المنتجات المقاومة لعمليات الأكسدة. يتضمن ذلك الأنواع المستقرة حراريًا من السوائل الهيدروليكية التي يمكن أن تدور في الأسفل ضغط مرتفعملامسة الأسطح المعدنية والماء والهواء. توفر المجموعة الثالثة أداءً أكثر مثالية لوظيفة الحماية الحرارية. هذه مركبات لا تتعرض لمخاطر الحريق حتى في حالة الاتصال الوثيق بمصادر الحريق.
تركيبات السوائل الهيدروليكية
عادة ما يتركز المنتج الناتج على أساس زيوت تقنية وإضافات. والمثال الكلاسيكي على ذلك هو أحد الأمثلة المصنوعة من الزيوت المعدنية والمستحلبات والمخففة بمثبطات الصدأ. في الواقع ، يمكن أن يكون هذا المزيج في حد ذاته بمثابة أساس لإعداد المزيد من التعديلات التكنولوجية ، والتي يمكن أيضًا دمجها مع مجموعة كبيرة من اللدائن. على سبيل المثال ، لتحسين الأداء الهيدروليكي ، يقوم المصنعون بإدخال مواد منع التسرب في التركيبات. على العكس من ذلك ، إذا تم تحقيق درجة أعلى من المرونة لعنصر العمل ، تتم إضافة زيوت التشحيم المستحلب.
الأساس الأساسي
يمكن استخدام تركيبات البارافين ومخاليط النافثين والعديد من الحلول المركبة كزيت معدني أساسي. هناك أيضًا تعديلات خاصة مع تحسين صفات العمل الأساسية. هذه هي السوائل الاصطناعية التي تستخدم مكونات التكسير الهيدروجيني ومركبات الإستر والبولي جليكول ، والتي تستخدم غالبًا في الخلائط المقاومة للحريق. القواعد الطبيعية التي تنتج منها الزيوت الهيدروليكية القابلة للتحلل تجد تطبيقها أيضًا. قد تحتوي السوائل من هذا النوع على منتجات نباتية معالجة صديقة للبيئة.
بغض النظر عن نوع الزيوت الأساسية ، فإن جودة تنقيتها مهمة أيضًا. هناك فئات مختلفة ، تختلف في درجة الإعداد الأولي للتكوين. هناك خلطات من التنظيف الخشن ، وهناك أيضًا زيوت خضعت للترشيح المتكرر. هذا لا يعني أن الخيار الثاني سيكون الأفضل في جميع حالات الاستخدام. في بعض المناطق ، تكون السوائل على وجه التحديد هي التي تعتمد على تركيبة العناصر الخام التي تظهر نفسها على النحو الأمثل.
المضافات ومعدلات السوائل
غالبًا ما تلعب المكونات الإضافية دورًا حاسمًا في القدرات التشغيلية. إنها حصرية أو مكملة لبعضها البعض ، لذلك من المستحيل الحصول على أداة عالمية تمامًا مناسبة لأي حاجة. بدرجات متفاوتة ، يمكن إعطاء القاعدة خصائص مثل مقاومة التآكل ومقاومة الشيخوخة والضغط الشديد وخصائص مقاومة التآكل.
في الوقت نفسه ، يتم تقسيم المواد المضافة حسب طبيعة التطبيق. هناك مكونات تضاف كإضافة إلى الزيت الأساسي المعدني ، وهناك أيضًا عوامل خافضة للتوتر السطحي. على سبيل المثال ، يتم الحصول على هيدروليكي نتيجة لإدراج معدلات احتكاك السطح ، والتي يمكن إدخالها في التكوين بالفعل أثناء تشغيل الآلية.
عادة ما يتم تضمين الأساسيات في المصنع. تشمل هذه الفئة العناصر المضادة للرغوة ، ومضادات الأكسدة ، وما إلى ذلك ، والإضافات النشطة على هذه الخلفية ستكون مفيدة لأنها لا تتطلب معالجة خاصة للسائل بعد الإضافة.
كيف تختار السائل الهيدروليكي؟
إلى حد كبير ، يتم تحديد اختيار واحد أو آخر من خلال ظروف التشغيل. على وجه الخصوص ، نطاق درجات حرارة التشغيل ، النوع النظام الهيدروليكيوالضغط ومتطلبات السلامة البيئية والتأثيرات الخارجية. من المستحسن إيلاء اهتمام خاص لمؤشر اللزوجة. إذا كانت المهمة هي تقليل التسرب وزيادة الختم ، فيجب تفضيل الخلائط ذات الحد الأدنى من اللزوجة. يتم أيضًا أخذ درجة حرارة بيئة العمل في الاعتبار بترتيب منفصل. عند تحديد السائل الهيدروليكي الذي تختاره لنظام ثابت ، يمكنك إعطاء الأفضلية للتركيبات المصممة لنظام 40-50 درجة مئوية. بالنسبة للأنظمة المتنقلة والديناميكية ، غالبًا ما يتم اختيار السوائل المتخصصة للغاية.
كيف تغير السائل الهيدروليكي؟
بادئ ذي بدء ، من الضروري فتح الوصول إلى خزان تخزين السائل ، كقاعدة عامة ، هذه خزانات معدنية خاصة. علاوة على ذلك ، يتم تحرير مساحة للعمل مع البنية التحتية للاتصالات. عادة ، يتم تزويد خراطيم الإمداد بمشابك ، والتي يجب أن تكون غير مربوطة. هذا سوف يتحقق من مستوى السائل الهيدروليكي والضغط والحالة العامة. بعد ذلك ، يتم ضخ الزيت. يمكن إجراء هذه العملية باستخدام الحقن أو المضخات ذات الضواغط ، اعتمادًا على جدوى التصميم.
ثم يمكنك البدء في صب خليط جديد. يتم تنفيذ هذه العملية أيضًا باستخدام أداة مرتجلة أو مباشرة إذا كان من الممكن فصل خرطوم الإمداد. يتم أيضًا استبدال السائل الهيدروليكي المناسب بإخلاء الهواء. يمكن أن يؤدي التهوية المفرطة إلى خسائر من حيث كفاءة الوحدة ، وبالتالي فإن إزالة مخاليط الغاز الزائدة أمر لا غنى عنه.
استنتاج
غالبًا ما تؤدي الآليات الهيدروليكية مهامًا حرجة تتطلب توصيل قوى عالية. بدوره ، يعمل السائل الهيدروليكي كمكون وظيفي كامل لهذه الأنظمة ، مما يضمن التشغيل المستقر للوحدات. بشرط الاختيار الصحيحباستخدام هذا الزيت ، سيتمكن موظفو الصيانة ليس فقط من إطالة العمر التشغيلي لتركيب التشغيل أو الماكينة أو الأداة ، ولكن أيضًا لزيادة كفاءة الطاقة للمعدات. هذا يرجع إلى حقيقة أن نفس مؤشرات مقاومة سائل العمل يمكن أن تزيد أو تخفف الحمل على آلية القيادة ، مما سيؤثر بشكل مباشر على كمية الموارد المستهلكة.
مائع العمل في ناقل الحركة الهيدروليكي هو مائع تحدد خصائصه عملية نقل الطاقة الهيدروليكية. تتميز الخصائص الفيزيائية لسائل العمل بالجاذبية النوعية والانضغاطية واللزوجة. بالإضافة إلى هذه المعلمات ، لتقييم السائل كسائل عامل في عمليات النقل الهيدروليكي ، من الضروري مراعاة مقاومته للإجهاد الميكانيكي ، والمقاومة الكيميائية عند ارتفاع و درجات الحرارة المنخفضةنطاق تشغيل النظام الهيدروليكي ، وخصائص التشحيم واستقرار خصائص التشحيم ، ودرجة العدوانية للمعادن وعناصر مانعة للتسرب في الهيكل ، والمستويات خطر الحريقوالسمية عند تعرضها للإنسان (السائل نفسه وأبخاره).
ضع في اعتبارك خصائص سائلي العمل الأكثر شيوعًا: الزيوت - AMG-10 والسائلة 7-50S-3 ، المستخدمة في الأنظمة الهيدروليكية الحديثة للطائرات. كثافتها p (الثقل النوعي γ) هي على التوالي 833 كجم / م 3 (8163.94 N / م 3)و 921 كجم / م 3 (9031.92 نيوتن / م 3). للمقارنة ، تبلغ كثافة الماء (الثقل النوعي) 999 كجم / م 3 (9796.84 نيوتن / م 3).
عند التسخين ، يتمدد السائل الهيدروليكي ، مثل جميع السوائل ، يتغير جاذبية معينةو كثافة.تؤسس معادلة مندليف علاقة بين تغير درجة الحرارة والكتلة لكل وحدة حجم للسائل
,
أين هي الجاذبية النوعية المطلوبة عند درجة حرارة معينة ر, - جاذبية محددة في ر= 15 درجة مئوية ؛ - معامل التمدد الحجمي (للسوائل الهيدروليكية = 0.0007).
الشكل 10.1: اعتماد كثافة سوائل العمل على درجة الحرارة.
وفقًا للرسوم البيانية للتغيرات في كثافة زيت AMG-10 والسائل العامل 7-50S-3 اعتمادًا على درجة الحرارة (الشكل 10.1) ، من الممكن تحديد الزيادة في حجم السائل المصبوب في النظام الهيدروليكي وتقييمها التغيير في مستوى السائل في الخزان أثناء التسخين. يجب أن يؤخذ تمدد السائل أثناء التسخين في الاعتبار في الخزان عندما يتم قفله في الأسطوانة بواسطة صمام هيدروليكي ، حيث يمكن أن يتجاوز الضغط في النظام المغلق الضغوط المسموح بها في خطوط الأنابيب والأسطوانة ويؤدي إلى تدميرها . تتغير كثافة المائع الهيدروليكي بنسبة 7٪ تقريبًا لكل تغير في درجة الحرارة قدره 100 درجة مئوية.
انضغاط السوائليحدده معامل المرونة الحجمي ه ،للسوائل الهيدروليكية في حدود 1350 - 1750 ميجا باسكال. بالنسبة للمياه عند ضغوط منخفضة نسبيًا ، يُفترض أن معامل المرونة هو 1962 ميجا باسكال. تتميز قابلية انضغاط السائل بنسبة الضغط النسبية β
أين الخامس-حجم السائل - تغير الحجم مع تغير الضغط تم العثور على R.
ومن ثم المعامل = 1 / هـ.
بالنسبة للضغوط المقبولة في الأنظمة الهيدروليكية ، يمكننا أن نفترض = 0.00007. هذا يعني أنه عندما يتغير الضغط بمقدار 10 5 باسكال (حوالي 1 في) ، فإن التغير النسبي في الحجم V / V = 0.00007. لذلك ، في العديد من الحسابات ، يمكن إهمال انضغاط السائل بسبب قيمته الصغيرة.
تعتبر اللزوجة من أهم خصائص السائل. اللزوجة- هذه هي قدرة السائل على مقاومة انزلاق طبقاته بالنسبة لبعضها البعض عند الحركة.
تسمى قوة الاحتكاك التي تقع على وحدة سطح التلامس لطبقتين انزلاقيتين من السائل ، بشرط أن يكون انحدار السرعة على طول الخط العمودي يساوي الوحدة ، معامل اللزوجة الديناميكية μ.
نسبة اللزوجة الديناميكية μ كثافة ρ يسمى معامل اللزوجة الحركية ν. كميات ν, μ و ρ مرتبطة بالعلاقة ν = μ/ρ .
ترجع لزوجة السائل إلى قوى التماسك الجزيئي ، والتي تنخفض مع زيادة درجة الحرارة ، كما تنخفض اللزوجة أيضًا (الجدول 10.1).
تتدهور الخواص الفيزيائية والميكانيكية والزيوت المعدنية وغيرها من خصائص الزيوت المعدنية وخلائطها المستخدمة في الأنظمة الهيدروليكية أثناء التشغيل بسبب تأكسدها عند ملامستها للهواء والاستحلاب والرغوة عند دخولها الهواء والرطوبة. يتجلى هذا التدهور في خصائص سوائل العمل في انخفاض اللزوجة ، والتلوث بالترسبات على شكل راتنجات ، وجزيئات معدنية ، وغبار ، وما إلى ذلك. في نفس الوقت ، أكثر على نحو فعاليمتد أداء السائل إلى ترشيحه المستمر والشامل باستخدام مرشحات التنظيف التي يتم استبدالها بشكل دوري.
بالإضافة إلى ذلك ، تعمل السوائل الهيدروليكية على إذابة الغازات التي ، في حالة تشتت ، ليس لها عمليا أي تأثير ميكانيكي على تشغيل النظام الهيدروليكي. ومع ذلك ، عندما ينخفض الضغط في أي منطقة ، يتم إطلاق الغازات المذابة على شكل فقاعات صغيرة ، تتحد في فقاعات أكبر وتشكل تجاويف غازية ، مما يؤدي إلى تفاقم الخواص الميكانيكية للنظام الهيدروليكي. الغازات المختلفة لها قابلية ذوبان مختلفة في السوائل المستخدمة في الأنظمة الهيدروليكية. لذلك ، فإن قابلية الذوبان في الهواء تبلغ حوالي 11٪ من حجم السائل ؛ نيتروجين - 13٪ ؛ ثاني أكسيد الكربون (غازات العادم) - 85٪.
يؤدي انسداد السائل بالهواء إلى تفاقم ظروف تشغيل المضخات والنظام الهيدروليكي بأكمله ككل ، ويضعف سلاسة حركة المحركات الهيدروليكية ، ويضعف التشحيم ويسبب تآكل أجزاء من الوحدات الهيدروليكية.
بالإضافة إلى الخصائص المذكورة أعلاه لزيت AMG-10 والسائل الهيدروليكي 7-50S-3 ، نقدم البيانات الفنية التالية لهم. يتم تحضير زيت AMG-10 عن طريق زيادة سماكة جزء زيت منخفض اللزوجة. يحتوي على مادة مضافة مضادة للأكسدة. إنه غير قابل للتآكل وغير سام. يكون الزيت فعالاً في درجات حرارة من -60 إلى 125 درجة مئوية عند ملامسته للهواء أو النيتروجين ولفترة قصيرة تصل إلى 150 درجة مئوية فقط عند ملامسته للنيتروجين التقني. كمواد مانعة للتسرب عند العمل بالزيت ، يتم استخدام المطاط المصنوع من درجات مطاط النتريل V-14 و IRP-1078 و IRP-1353. سائل AMG-10 - متجانس وشفاف وأحمر.
سائل العمل 7-50C-3 عبارة عن خليط من المنتجات الاصطناعية - بوليكسيلوكسانات وإيثرات عضوية. يحتوي على مضادات الأكسدة والمواد المضافة المضادة للتآكل. هي تكون صتعمل في درجات حرارة تتراوح من -60 إلى 175 درجة مئوية عند ملامستها للهواء والنيتروجين التقني ولفترة قصيرة تصل إلى 200 درجة مئوية عند ملامستها للنيتروجين. السائل له سمية منخفضة ، له تأثير متزايد على طلاءات النحاس والكادميوم والفوسفات. يتم استخدامه مع ختم المطاط العلامة التجارية IRP-1353 و fluoroelastomer IRP-1287. السائل 7-50C-3 - شفاف ، اللون غير منظم.
2. السوائل الهيدروليكية
2.1. تعيين سوائل العمل والمتطلبات الأساسية لها
السائل المستخدم في المحركات الهيدروليكية هو وسيط العمل الخاص بهم. نتيجة لذلك ، يطلق عليه العمل. يوفر سائل العمل نقل الطاقة من المضخة إلى المحرك الهيدروليكي وإشارات التحكم في النظام الهيدروليكي. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يوفر تزييت الأسطح الاحتكاكية للأجهزة الهيدروليكية ، وإزالة منتجات التآكل من أزواج الاحتكاك ، وحماية الأجزاء المعدنية من التآكل وإزالة الحرارة المتولدة في المحرك الهيدروليكي.
تتعرض سوائل العمل لمجموعة واسعة من الضغوط ودرجات الحرارة والسرعات. يضمن الاختيار الصحيح لسائل العمل أداء المحرك الهيدروليكي ويحدد إلى حد كبير معلمات التشغيل الخاصة به.
تنطبق المتطلبات التالية على سائل العمل.
1. التشحيم الجيد ، يضمن التشغيل الموثوق لأزواج الاحتكاك.
2. من الممكن حدوث تغيير طفيف في اللزوجة على نطاق واسع من درجات الحرارة ، والذي يحدد أيضًا التباين المنخفض لخصائص الأجهزة الهيدروليكية والمحرك الهيدروليكي ككل.
3. مقاومة عالية للنار.
4. استقرار الخواص الميكانيكية والكيميائية في ظل ظروف التشغيل والتخزين على المدى الطويل. يُفهم استقرار الخواص الميكانيكية ، أولاً وقبل كل شيء ، على أنه قدرة السائل على مقاومة عملية "التجعيد" ، وهي عملية تدمير الجزيئات أثناء اختناقها على المدى الطويل في فتحات ضيقة ، وخلط السائل والتعرض إلى الاهتزازات ، مما يؤدي إلى انخفاض اللزوجة. يُفهم استقرار الخواص الكيميائية على أنه القدرة على مقاومة الأكسدة تحت تأثير البيئة وتفاعلات التحلل المائي بسبب وجود الماء في السائل ، وكذلك التفاعل الكيميائي للسائل مع مواد جدران الأجهزة الهيدروليكية والأختام.
5. سمية منخفضة لسائل العمل وأبخرة.
6. مرونة عالية السائبة.
7. الموصلية الحرارية العالية.
8. معامل التمدد الحراري الصغير.
9. مقاومة الإشعاع.
10. مقاومة الرغوة.
11. انخفاض قابلية الذوبان للغازات ، مما يوفر مرونة عالية للسائل.
12. تكلفة منخفضة.
هذه المتطلبات غير متوافقة إلى حد كبير. لذلك ، فإن اختيار سائل العمل يمثل صعوبة معينة.
2.2. الخصائص الفيزيائية الأساسية لسوائل العمل
من بين الخصائص العديدة للسوائل ، سنركز فقط على الخصائص الأكثر أهمية من وجهة نظر تشغيل المحركات الهيدروليكية ، وتحديد معلمات التشغيل الخاصة بها والتي يجب أن يأخذها المطور في الاعتبار. يتم تحديد هذه الخصائص من خلال المتطلبات المذكورة أعلاه.
كثافة،، التي تتميز بنسبة الكتلة م لحجمها
للحسابات العملية ، يمكن أخذ كثافة سوائل العمل المعدنية .
تميز كثافة سائل العمل فقدان الضغط أثناء تدفقه من خلال الخانق والصمامات والخطوط الهيدروليكية. حتى في التدفق المضطرب
حيث Q هو معدل تدفق السوائل ؛ فقدان الضغط؛ تنخفض الكثافة مع زيادة درجة الحرارة
, (2.2)
حيث ، على التوالي ، الكثافة عند درجات الحرارة ، معامل التمدد الحجمي. للسوائل المعدنية في
يجب أن تؤخذ هذه الخاصية في الاعتبار عند تصميم محرك هيدروليكي مع دوران مغلق لسائل العمل. في مثل هذا المحرك ، مع زيادة درجة الحرارة ، تحدث زيادة في الحجم وزيادة في الضغط ، مما قد يؤدي إلى تدمير النظام الهيدروليكي. لتجنب ذلك ، يتم توصيل المعوض الحراري بالخزان الهيدروليكي ، على سبيل المثال ، نوع منفاخ. يجب أن يكون التغيير في حجمه كافيًا للتعويض عن التمدد الحراري لسائل العمل في النظام الهيدروليكي بأكمله.
اللزوجة- خاصية السائل لمقاومة الإزاحة النسبية لطبقاته. هذه الخاصية ضرورية لتشغيل المحرك الهيدروليكي.
تأثير اللزوجة غامض. من ناحية أخرى ، تزيد اللزوجة العالية من موثوقية تزييت أسطح الاحتكاك. يقلل من التسرب في الأجهزة الهيدروليكية ويحسن ثبات المحرك الهيدروليكي. من ناحية أخرى ، يزيد من خسائر الاحتكاك ويزيد من المقاومة الهيدروليكية في الخطوط الهيدروليكية ويقلل من سرعة القيادة.
تتميز لزوجة السائل بمعاملات اللزوجة الديناميكية والحركية. يتم تحديد معامل اللزوجة الديناميكية ، Pa ، من المعادلة التي تعبر عن قانون نيوتن للاحتكاك المائع:
أين تي -القوة الناشئة بين طبقات متحركة من السائل ؛ س – منطقة ملامسة أسطح الطبقات ؛ – سرعة الانحدار.
يتم تحديد معامل اللزوجة الحركية من خلال النسبة
يقاس أيضًا بالستوكس (St)
1 St = 100 cSt = 1
نظرًا لصعوبة قياس اللزوجة مباشرةً في سائل متحرك ، يتم تحديد اللزوجة الشرطية باستخدام أدوات خاصة تسمى مقاييس اللزوجة. مقياس اللزوجة Engler ، الذي يقيس اللزوجة كنسبة من وقت تدفق السائل عبر ثقب بقطر 2.8 مم تحت تأثير وزنه ، إلى وقت تدفق نفس الحجم من الماء المقطر عند درجة حرارة 4 درجات مئوية ، وجد أكبر تطبيق. تسمى وحدة اللزوجة المحددة بهذه الطريقة درجة اللزوجة الشرطية). في بعض البلدان ، تسمى هذه الوحدة الدرجة الإنجليزية ().
يتم إجراء التحويل إلى cSt وفقًا للصيغة
تعتمد لزوجة مائع العمل بشكل كبير على درجة حرارته. بالنسبة للزيوت المعدنية ، يمكن تحديد هذا التأثير تجريبياً.
أين اللزوجة عند 50 درجة مئوية ؛ درجة الحرارة. هذا الاعتماد صالح في نطاق درجة الحرارة 30 درجة مئوية. للزيوت في الفترة = 1050cCt.
اللزوجة مقابل الضغط صيمكن تقديمها بالشكل التالي:
أين هو معامل اللزوجة الديناميكية عند ص=0 ; معامل اللزوجة بيزو التعبير صالح عند وجود الهواء في سائل العمل يؤدي إلى بعض الانخفاض في اللزوجة.
1 + 0.015 فولت ، (2.8)
أين هي لزوجة مائع نقي ؛ لزوجة مائع العمل الذي يأخذ الهواء من الحجم الكلي.
الانضغاطيةخاصية السائل لتغيير حجمه تحت الضغط. يجب أن تكون انضغاطية سائل العمل في حدها الأدنى ، لأن وجودها يؤدي إلى انخفاض في إمداد المضخات ، ويعطل سلاسة حركة وحدات الماكينة التي يتحركها المحرك الهيدروليكي ، ويقلل من تنفيذ الحركات ، ويقلل من ثبات الهيدروليكي قطع.
قابلية الانضغاط ، تتميز بنسبة الضغط الحجمي
، (2.9) حيث التغير النسبي في الحجم مع تغير الضغط بمقدار
تسمى القيمة المتبادلة معامل المرونة الحجمي للسائل ، Pa:
بالنسبة للزيوت المعدنية ، يكمن معامل المرونة في MPa. تعمل خطوط الأنابيب ، وخاصة الخراطيم ، على تقليل معامل المرونة "المنخفض".
يمكن أن تتم عملية ضغط سائل العمل بسرعات مختلفة. الضغط أثناء العمليات البطيئة ، حيث يتم التبادل الحراري مع بيئة، يتميز بمعامل مرونة متساوي الحرارة. يتميز الضغط أثناء العمليات السريعة ، التي لا يتوفر فيها وقت لإكمال انتقال الحرارة ، بمعامل ثابت للحرارة من المرونة. تعتمد الطريقة التجريبية لتحديد هذا المعامل على قياس سرعة انتشار الموجات الصوتية في سائل ما
أين سرعة الصوت في السائل.
لقد ثبت أنه عند حساب العمليات السريعة في محرك هيدروليكي ، من الممكن القيام بذلك. يعتمد معامل الحجم على الضغط ودرجة الحرارة. تزداد المرونة مع زيادة الضغط وتقل مع زيادة درجة الحرارة
أين هو معامل الحجم دون وجود وسط غازي في السائل عند C ،.
إن وجود هواء غير منحل على شكل فقاعات صغيرة له تأثير كبير على انضغاط سائل العمل. تكون الانضغاطية في هذه الحالة أعلى بعدة مرات من انضغاط السائل النقي. دعونا نفكر في هذا التأثير في ظل ظروف عملية ضغط متساوي الحرارة. يشكل الهواء غير المذاب في الحجم خليطًا من مرحلتين مع حجم سائل نقي.
التفريق (2.12) فيما يتعلق بالضغط وافتراض أن قانون ضغط الخليط له نفس خصائص السائل النقي ، وأن قانون ضغط الهواء يخضع لقانون Boyle-Marriott
, (2.13)
أين هي معاملات الخليط الحجمي والسائل النقي ؛ الحجم هو الضغط. مع عملية ضغط متساوي الحرارة ، n = 1. من (2.13) و (2.12) نحصل عليها
(2.14)
قسمة الجانب الأيمن من (2.14) على الحجم الأولي للسائل في الخليط والاستبدال ، لدينا
. (2.15)
في الأنظمة الحقيقية ، يمكن أن يختلف محتوى الهواء على نطاق واسع (). يوضح الشكل اعتماد معامل المرونة السائبة على ضغط مائع العمل عند محتوى هواء مختلف.
كما يتضح من الشكل ، يتجلى تأثير الضغط في نفسه أكثربقيم صغيرة. للتخلص من هذه المنطقة ، يجب تثبيت صمامات الضغط في خطوط التصريف الهيدروليكية لخطوط الأنابيب الهيدروليكية ، مما يؤدي إلى إنشاء مياه راكدة بترتيب 0.5-1 ميجا باسكال. نتيجة لذلك ، تقل انضغاط سائل العمل في تجاويف تصريف المحركات الهيدروليكية وتزداد سلاسة حركة أجسام عمل الماكينات ، خاصة عند استخدام الأسطوانات الهيدروليكية. عند ضغط أكثر من 15 ميجا باسكال ، فإن تأثير الهواء على الانضغاط ليس له أي تأثير عمليًا ، لأنه ينتقل إلى حالة الذوبان. يحدد هذا الظرف أيضًا فائدة التحول إلى ضغوط أعلى لسائل العمل في خطوط الضغط الهيدروليكية للمحركات. لتقليل كمية الهواء غير المذاب ، من الضروري معرفة الطرق الرئيسية لاختراقه في النظام الهيدروليكي. يحدث تسرب الهواء الأكثر كثافة في خط الشفط من خلال التسريبات في نقاط التعلق بحواف المضخة وفلاتر السحب ، من خلال موانع تسرب العمود ، إلخ. يحدث تسرب الهواء أيضًا عندما ينخفض مستوى السائل في الخزان الهيدروليكي بالنسبة لأنبوب الشفط. يمكن أن يتشكل الهواء غير المذاب من الهواء المذاب في المناطق التي بها انخفاض الضغط. في هذه الحالة ، تستمر العملية العكسية ببطء أكبر.
يتم قياس كمية الهواء غير المذاب إما عن طريق قياس حجم السائل قبل وبعد فصله ، أو عن طريق قياس بعض خصائص مائع العمل (الكثافة ، معامل المرونة ، إلخ) ، اعتمادًا على مقدارها.
يمكن تقليل كمية الهواء في النظام الهيدروليكي باستخدام أغشية مرنة تمنع ملامسة السائل في الخزانات الهيدروليكية أو عن طريق إنشاء ضغط خلفي في خط الشفط. تتم إزالة الهواء في الأنظمة الهيدروليكية المسدودة وعند النقاط العلوية للأجهزة الهيدروليكية باستخدام سدادات أو صمامات.
الخصائص الحرارية.من الأهمية بمكان السعة الحرارية المحددة والتوصيل الحراري. السعة الحرارية النوعية تميز شدة الزيادة في درجة حرارة سائل العمل في النظام الهيدروليكي. بالمقارنة مع الماء ، فإن السعة الحرارية النوعية للزيوت المعدنية هي نصف ذلك. تحدد الموصلية الحرارية كمية الحرارة المنقولة لكل وحدة زمنية عبر سطح وحدة عند اختلاف درجة الحرارة بين السائل والجدار بدرجة واحدة. من أجل تبديد الحرارة بشكل أفضل ، يجب أن تتمتع سوائل العمل بخصائص حرارية عالية.
يرتبط نطاق درجة الحرارة لاستخدام سوائل العمل بنقاط الوميض والصب. نقطة الوميض هي درجة الحرارة التي تتكون عندها أبخرة السائل من خليط مع الهواء الذي يومض عند ظهور اللهب المكشوف. تتيح نقطة الوميض الحكم على سلامة الأنظمة الهيدروليكية من الحرائق. نقطة الصب هي درجة الحرارة التي يتكاثف عندها سائل العمل لدرجة أنه عندما يميل أنبوب الاختبار عند 45 ee ، يظل المستوى دون تغيير لمدة دقيقة واحدة. بالنسبة للزيوت الصناعية الأكثر شيوعًا ، تكون نقطة الوميض 160 - 200 درجة مئوية ، ونقطة الانسكاب 30 - 15 درجة مئوية.
الخصائص الكهربائيةمهمة لسوائل العمل المستخدمة في الأجهزة الكهروهيدروليكية للمحركات الهيدروليكية. لتجنب الدوائر القصيرة أو فشل العزل أو حدوث شرارة نتيجة لدخول محتمل لسائل العمل ، يجب أن تكون الموصلية الكهربائية لها في حدها الأدنى.
2.3 خصائص سوائل العمل
النوع الرئيسي من سوائل العمل التي تلقت أكبر قدر من الاستخدام هي الزيوت المعدنية. تستخدم الزيوت الصناعية I12A، I20A، I30A، I40A، I50A في المحركات الهيدروليكية الصناعية العامة التي تعمل في غرف ساخنة عند درجة حرارة الهواء من 0 إلى +35 درجة مئوية. يشير الرقم الموجود في تسمية الزيت إلى لزوجته في السنتوستات عند ر = 50 ج. الزيوت الصناعية هي الأرخص ، وغير سامة ، لأنها لا تحتوي على مواد مضافة. ومع ذلك ، من ناحية أخرى ، لديهم ميل متزايد للأكسدة وإطلاق الراتنجات ، مما يجعل مدة خدمتهم محدودة للغاية. تستخدم الزيوت الصناعية في الأنظمة الهيدروليكية التي تعمل عند درجة حرارة سائل لا تزيد عن 60 درجة مئوية.
في المحركات الهيدروليكية التي تعمل في درجات حرارة أعلى من 60 درجة مئوية ، يتم استخدام زيوت التوربينات Tp-22 و Tp-30 و Tp-46 ، والتي تختلف عن المحركات الصناعية في خصائص الأداء الأعلى (مضادات الأكسدة والتشحيم ، ومقاومة الرغوة ، وزيادة عمر الخدمة) . يتم توفير هذه الخصائص من خلال إدخال أنواع مختلفة من المواد المضافة () الفينولات والأحماض الدهنية وعديد السيلوكسانات وما إلى ذلك).
يوصى بتشغيل المحركات الهيدروليكية التي تعمل بضغط 16-35 ميجا باسكال على زيوت من سلسلة IGP ، والتي تتمتع بخصائص أداء أعلى.
في المحركات الهيدروليكية المثبتة على الآلات العاملة في الميدان ، يتم استخدام الزيوت التي لها اعتماد أقل من حيث اللزوجة على درجة الحرارة. من بينها زيت متعدد الدرجات MGE-10A ، مصمم للتشغيل بدون استبدال لمدة 10 سنوات في درجة حرارة محيطة من -55 إلى +55 درجة مئوية. يعتبر زيت VMGZ هو النوع الرئيسي من السوائل العاملة للمحركات الهيدروليكية لآلات بناء الطرق العاملة في أقصى الشمال ، ويستخدم أيضًا كصنف شتوي في المناخات المعتدلة. يستخدم زيت MG-30 في محركات مماثلة مثل زيت الصيف.
تستخدم الأنظمة الهيدروليكية للطيران للطائرات دون سرعة الصوت زيت الطيران AMG-10 ، والذي يتميز بسهولة بلونه الأحمر.
الزيوت المعدنية لها نطاق درجات حرارة محدود للتطبيق. لا يتجاوز الحد الأعلى عادة 80-90 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك ، فهي قابلة للاشتعال. هذه العيوب أقل وضوحا في سوائل العمل الاصطناعية. لديهم خاصية اللزوجة المسطحة ، ومقاومة أكبر للحريق. وتشمل هذه الديستر ، والفوسفات ، والسيلوكسانات ، والماء-جليكول ، وسوائل الجلسرين المائي. من هذه الفئة من سوائل العمل ، يمكن للمرء تسمية السائل 7-50C-3 ، المستخدم في الأنظمة الهيدروليكية للطيران التي تعمل في نطاق درجة الحرارة من -60 إلى + 175 درجة مئوية. تتمثل عيوب السوائل الاصطناعية في التكلفة العالية وقلة التشحيم والحاجة إلى التحول إلى مواد مانعة للتسرب خاصة.
نوع آخر من سوائل العمل هو مستحلبات الاحتفاظ بالماء. لديهم تكلفة منخفضة ، وسعة حرارية أعلى ، ومقاومة للحريق. في المحركات الهيدروليكية لآلات الكير والضغط ، يتم استخدام مستحلبات "الزيت في الماء" ، حيث تحتوي 2-5٪ إيمولول على زيت معدني و 95-98٪ ماء. Emulsol موجود في الماء في المرحلة المشتتة. عيوب هذه السوائل هي قلة التشحيم ، والتآكل العالي وعدم القدرة على استخدامها في درجات حرارة منخفضة. أكثر مستحلب واعد "الماء في الزيت" ، محتوى الماء منه حوالي 40٪. فهو يجمع بين الخصائص الإيجابية لمستحلبات الزيت في الماء والزيوت المعدنية. ولكن حتى الآن ، لم يتم تطبيق سوائل العمل المحتوية على الماء على نطاق واسع ، حيث يؤدي التحول إليها إلى زيادة تكلفة الأجهزة الهيدروليكية الفردية بحوالي 1.5-5 مرات وزيادة الطاقة التي تستهلكها المضخات بنحو 1.5 مرة. حاليًا ، يتم استخدامها في الأنظمة الهيدروليكية ، حيث تكون قضايا السلامة من الحرائق مهمة بشكل خاص ، على سبيل المثال ، في معدات التعدين والتعدين.