ЛЕКЦИЯ 2

ТЕМА: Влияние загрязнений на свойства рабочих жидкостей и работу гидрооборудования.

Любая гидравлическая система или система смазки загрязнена уже после заводской сборки. В любом компоненте системы, будь то насосы, клапаны, двигатели, трубопроводы, в масле уже имеются загрязняющие частицы (например, остатки материала, образовавшиеся при изготовлении). При сборке в систему попадают и другие частицы. С момента ввода системы в эксплуатацию, степень ее загрязнения увеличивается вследствие износа. Кроме того, грязь из окружающей атмосферы попадает в систему через вентиляционные отверстия, поверхности поршневых штоков и уплотнения. Загрязнение увеличивается при отказе узлов системы, открывании соединительных элементов (трубных и шланговых соединений), при регулярных проверках. Частички грязи попадают в установки также при доливе масла для гидросистем во время открывания емкости, а также вследствие загрязнения свежего масла.

Частицы грязи приводят к отказу системы. В ходе исследований, проведенных научно-исследовательскими институтами, было установлено, что до 80% всех отказов и неполадок в установках вызваны загрязнением. При этом различают внезапный отказ и прогрессирующее падение коэффициента полезного действия.

При внезапном отказе системы повреждения вызываются внезапным отказом одного из её компонентов. Например: заклинивание клапана, насоса или двигателя. Прогрессирующее падение коэффициента полезного действия возникает в ходе эксплуатации вследствие непрерывного износа отдельных компонентов. При этом увеличиваются зазоры между узлами и возрастают внутренние утечки. Потеря мощности узлов со временем увеличивается настолько, что возникает необходимость их замены. На повреждение системы указывают следующие симптомы: более длительный рабочий цикл; слишком высокая вибрация подшипников; отсутствие необходимого давления; повышение температуры масла.

Механизмы износа в гидросистеме.

Износ вследствие истирания (рис. 3) происходит, если две разные поверхности твердых тел входят в соприкосновение, например,  если соприкасаются загрязняющие частицы и поверхности компонентов между собой. Главную ответственность за износ вследствие истирания несут частицы, размеры которых соответствуют ширине зазора между двумя движущимися деталями. Они могут заклиниться в зазоре, и тогда, вследствие движения деталей, они оказывают значительное воздействие на поверхность, результатом которого является отрыв новых частиц.

Между двумя, катящимися друг по другу деталями, образуется эластогидродинамическая (ЭГД) смазочная пленка, которая частично или полностью отделяет поверхности друг от друга. Если в смазочной жидкости находятся частицы, размеры которых, больше толщины ЭГД-смазочной пленки, то эти частицы при перекатывании будут выходить за пределы смазочной пленки. В этот момент вся нагрузка переносится через частицу и, при достаточной твердости частицы, это приводит к поверхностному прессованию с очень большим усилием, что ведет к повреждению поверхности и началу разлома в этом месте (рис. 4).

При каждом следующем перекатывании поврежденного места нагрузка передается через смазочную пленку, а это место подвергается переменной нагрузке. При этом начало разлома ведет к большой концентрации напряжения. Следствием этого является увеличение разлома (микротрещины) под поверхностью. В конце концов из поверхности выбивается материал. Этот механизм называется "pitting" (или износ вследствие усталости).

Следствием питтинга является снижение коэффициента полезного действия компонентов и образование новых частиц в системе. Кроме того, при перекатывании через эти частицы, они измельчаются, что ведет к образованию мельчайших частиц. Таким образом, при трении и поверхностной усталости одна частица образует много новых, которые в другом месте тоже приводят к образованию новых частиц - так начинается цепная реакция износа. Увеличиваются зазоры допусков компонентов, и вместе с ними - внутренние утечки масла. Это означает увеличение потерь мощности. Теряемая мощность преобразуется в теплоту и полезная мощность установки падает. При увеличении загрязнения вследствие накопления множества мелких частиц это может вести к зашламованию. Это может ухудшить свойства протекания, например, клапанов и распределителя жидкой смазки.

Современные методы очистки РЖ в гидроприводах и существующие конструкции фильтров и очистителей не могут обеспечить полное улавливание частиц, присутствующих в рабочей жидкости. В связи с чем разработан ГОСТ 17216-2001 «Чистота промышленная. Классы чистоты жидкостей».

Стандарт устанавливает классификацию промышленной чистоты (ПЧ) жидкостей, применяемых при изготовлении, эксплуатации и ремонте машин и приборов (рабочих жидкостей гидравлических систем привода и управления машин; приводов инструментов; смазочных масел, жидких топлив, растворителей), а также кодирование ПЧ жидкостей, используемых в системах гидропривода. Стандарт применяют при установлении норм ПЧ и указании классов чистоты жидкости в технических требованиях к жидкостям, при их поставке, транспортировании и хранении в нормативной, конструкторской и технологической документации на изготовление, эксплуатацию и ремонт машин, приборов и инструментов.

В стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями:

Частица загрязнителя - твердый, жидкий или многофазный объект, в том числе микроорганизм, размерами до 200 мкм (за исключением волокон, длина которых может достигать300 мкм).

Размер частицы - максимальный линейный размер проекции частицы в плоскости наблюдения оптического или электронного микроскопа или эквивалентный диаметр частицы, определенный иными средствами измерений.

Эквивалентный диаметр частицы - диаметр сферической частицы с известными свойствами, оказывающей такое же воздействие на средство измерений, что и измеряемая частица.

Волокно - загрязнитель, длина которого 200 - 300 мкм и превышающая толщину загрязнителя не менее чем в десять раз.

Стандартом устанавливается 19 классов чистоты РЖ, приведённых в табл. 2:

«Отсутствие» означает, что при взятии одной пробы жидкости частицы заданного размера не обнаружены или при взятии нескольких проб общее число обнаруженных частиц меньше числа взятых проб; «АО» — абсолютное отсутствие частиц загрязнителя; зависимость класса чистоты жидкостей от массы содержащегося в ней загрязнителя с учетом числа частиц загрязнителя в жидкости является справочной. Массы приведены для частиц загрязнителя со средней плотностью 4 * 10 ³ кг/м 3 и плотностью жидкости 1 * 10 ³ кг/м ³

В промышленном гидроприводе используются жидкости с классом чистоты 8 – 14. Класс чистота гидравлической жидкости, соответствующей классам 8—14, допускается определять по индексу загрязненности жидкости (Z), который вычисляют по формуле:

Z = 0,001 (10n₁₀ + 25n₂₅ +50n₅₀+100n₁₀₀ + 200n₂₀₀ + 400n_в )
где 0,001 — масштабный коэффициент (введен для удобства пользования индексом загрязненности); n₁₀, n₂₅, n₅₀, n₁₀₀, n₂₀₀, n_в – число частиц и волокон в 100 см³ жидкости с размером частиц в интервалах 5-10, 10-25, 25-50, 50-100, 100-200 мкм.

Класс чистоты жидкости устанавливают по индексу загрязненности, затем в таблице выбирают ближайшее наибольшее его значение.

Для классов чистоты 13—14 число частицы размером 5—10 мкм не нормируют. Поэтому значение n_5-10 для классов 13-14 получено экстраполированием распределения частиц интервала 5-10 в предыдущих классах.

Кодирование промышленной чистоты жидкостей в системах гидроприводов согласно ИСО 4406 сострит из трех классификационных чисел, позволяющих следующее дифференцирование размеров и распределение частиц и представляющих:

первое — число частиц, равных или больших 4 мкм в 1 см³ рабочей жидкости;
второе — числа частиц, равных или больших 6 мкм в 1 см³ рабочей жидкости;
третье — число частиц, равных или больших 14 мкм в 1 см³ рабочей жидкости.

Подсчет частиц проводят в соответствии с ИСО 11500 или другого признанного метода, используя автоматический счетчик частиц, калиброванный по ИСО 11171. Числа записывают последовательно и разделяют наклонной чертой. При подсчете частиц микроскопом код состоит из двух классификационных чисел, характеризующих число частиц, равных или больших 5 и 15 мкм в 1 см³ рабочей жидкости.

Классификационные числа приведены в табл. 3.

Таблица 3. Классификационные числа согласно ИСО 4406

Пример: Код 22/18/13 означает, что в 1 см ³ данной пробы жидкости, содержится от 20000 до 40000 частиц, равных или больших 4 мкм; от 1300 до 2500 частиц, равных или больших 6 мкм; от 40 до 80 частиц, равных или больших 14 мкм.