Файл: lektsia_2_ispravlennaya_-_kopia.docx

2.Рабочие жидкости гидроприводов

2.1. Назначение рабочих жидкостей и основные требования, предъявляемые к ним

Жидкость, используемая в гидроприводах, является их рабочим телом. Вследствие этого она и называется рабочей. Рабочая жидкость обеспечивает передачу энергии от насоса к гидродвигателю и управляющих сигналов в гилросистеме. Кроме того, она обеспечивает смазку трущихся поверхностей гидравлических устройств, удаление из пар трения продуктов износа, защиту металлических деталей от коррозии и отвод выделяемого в гидроприводе тепла.

Рабочие жидкости подвержены воздействию изменяющихся в широком диапазоне давлений, температур и скоростей. Правильный выбор рабочей жидкости обеспечивает работоспособность гидропривода и в значительной степени определяет его рабочие параметры.

К рабочей жидкости предъявляются следующие требования.

1. Хорошая смазывающая способность, обеспечивающая надежную работу пар трения.

2. Возможно малое изменение вязкости в широком диапазоне температуру, что определяет и малую изменяемость характеристик гидроустройств и гидропривода в целом.

3. Высокая пожаростойкость.

4. Стабильность механических и химических свойств в условиях длительной эксплуатации и хранения. Под стабильностью механических свойств понимают в первую очередь способность жидкости противостоять процессу «мятия», которым называют процесс деструкции молекул при ее длительном дросселировании в узких щелях, перемешивании жидкости и воздействии вибраций, что приводит к уменьшению вязкости. Под стабильностью химических свойств понимают способность противостоять окислению под действием окружающей среды и реакции гидролиза из-за присутствия в жидкости воды, а также химической реакции жидкости с материалами стенок гидроустройств и уплотнений.

5. Малая токсичность рабочей жидкости и ее паров.

6. Высокая объемная упругость .

7. Высокая теплопроводность.

8. Малый коэффициент теплового расширения.

9. Радиационная стойкость.

10. Сопротивляемость к вспениванию.

11. Малая растворимость газов, обеспечивающая высокую упругость жидкости.

12. Низкая стоимость.

Перечисленные требования во многом трудно совместимы. Поэтому выбор рабочей жидкости представляет собой определенную сложность.

---

2.2. Основные физические свойства рабочих жидкостей

Из многочисленных свойств жидкостей остановимся только на тех , которые наиболее важны с точки зрения эксплуатации гидроприводов, определяют их рабочие параметры и которые необходимо учитывать разработчику. Эти свойства определяются перечисленными выше требованиями.

Плотность, , характеризуется отношением массы m к её объему

(2.1)

Для практических расчетов плотность минеральных рабочих жидкостей может быть принята .

Плотность рабочей жидкости характеризует потери давления при ее течении через дроссели, клапаны и гидролинии. Так при турбулентном режиме течения

,

где Q – расход жидкости; потери давления; коэффициент расхода щели площадью . С ростом температуры плотность уменьшается

, (2.2)

где соответственно плотности при температурах , коэффициент объемного расширения. Для минеральных рабочих жидкостей при

Это свойство необходимо учитывать при проектировании гидропривода с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости. В таком приводе при увеличении температуры происходит увеличение объема и повышения давления, которое может привести к разрушению гидросистемы. Чтобы избежать этого, к гидробаку присоединяют термокомпенсатор, например сильфонного типа. Изменение его объема должно быть достаточным для компенсации теплового расширения рабочей жидкости во всей гидросистеме.

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному смещению ее слоев. Это свойство является важнейшим для работы гидропривода.

---

Влияние вязкости неоднозначно. С одной стороны большая вязкость повышает надежность смазки трущихся поверхностей. Уменьшает у течки в гидроустройствах и способствует повышению устойчивости гидропривода. С другой стороны – увеличивает потери на трение, увеличивает гидравлическое сопротивление в гидролиниях и уменьшает быстродействие привода.

Вязкость жидкости характеризуется коэффициентами динамической и кинематической вязкости. Коэффициент динамической вязкости, Па, определяется из уравнения, выражающего закон жидкостного трения Ньютона :

, (2.3)

где Т – сила, возникающая между движущимися слоями жидкости; S – площадь соприкосновения поверхностей слоев; – градиент скорости.

Коэффициент кинематической вязкости , определяется соотношением

. (2.4)

Он измеряется и в стоксах (Ст)

1 Ст=100 сСт=1

Ввиду того, что непосредственно измерить вязкость в движущейся жидкости сложно, определяют определяют условную вязкость с помощью специальных приборов, называемыми вискозиметрами. Наибольшее применение нашел вискозиметр Энглера, измеряющий вязкость как отношение времени истечения 200 жидкости через отверстие диаметром 2.8 мм под действием собственного веса к времени истечения такого же объема дистиллированнной воды при температуре 4С. Единица вязкости, определенной таким способом называется градусом вязкости условной ). В некоторых странах эта единица называется градусом Энглера ().

Перевод в сСт при выполняют по формуле

, сСт. (2.5)

---

Вязкость рабочей жидкости существенно зависит от ее температуры. Для минеральных масел это влияние может быть определено эмпирической зависимостью.

, (2.6)

где вязкость при температуре 50С; температура. Эта зависимость справедлива в интервале температур 30С150. Для масел с в интервале =1050 cCт .

Зависимость вязкости от давления p может быть представлена в следующем виде :

, (2.7)

где коэффициент динамической вязкости при p=0 ; пьезокоэффициент вязкости . Выражение справедливо при . Наличие в рабочей жидкости воздуха приводит к некоторому снижению вязкости .

=1+0.015В, (2.8)

где вязкость чистой жидкости; вязкость рабочей жидкости, совершающей В воздуха от общего объема.

Сжимаемость – свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость рабочей жидкости должна быть минимальной, так как ее наличие приводит к снижению подачи насосов, нарушает плавность движения перемещаемых гидроприводом узлов машин, уменьшает реализации перемещений, снижает устойчивость гидропривода.

Сжимаемость, , характеризуется коэффициентом объемного сжатия

---

, (2.9) где относительное изменение объема при изменении давления на

Величина обратная ,называется модулем объемной упругости жидкости, Па :

.

Для минеральных масел модуль упругости лежит в пределах Мпа. Трубопроводы особенно шланги уменьшают «приведенный» модуль упругости.

Процесс сжатия рабочей жидкости может проходить с различной скоростью. Сжатие при медленно протекающих процессах, при которых успевает завершиться теплообмен с окружающей средой, характеризуется изотермическим модулем упругости . Сжатие при быстро протекающих процессах, при которых теплообмен не успевает завершиться, характеризуется адиабатическим модулем упругости . Экспериментальный метод определения этого модуля основан на замере скорости распространения звуковых волн в жидкости

, (2.10)

где скорость звука в жидкости .

Установлено, что при расчете быстропротекающих процессов в гидроприводе можно принимать . Модуль объемной упругости зависит от давления и температуры . Упругость увеличивается с повышением давления и уменьшается с ростом температуры

, (2.11)

где модуль объемной упругости без наличия в жидкости газовой среды при С, .

Большое влияние на сжимаемость рабочей жидкости оказывает наличие в ней нерастворенного воздуха в виде мелких пузырьков. Сжимаемость в этом случае во много раз выше сжимаемости чистой жидкости . Рассмотрим это влияние в условиях изотермического процесса сжатия. Нерастворенный воздух в объеме образует с объемом чистой жидкости двухфазную смесь .

---