Эксперт Ойл
Введите название продукта:



Эксперт-ойл / Статьи / Смазка станочного оборудования
Главная страницаКарта сайтаe-mail

21.07.2012
Смазка станочного оборудования

1. Роль станочного оборудования

Станки — самые важные машины в металлообрабатывающей промышленности. Их доля составляет приблизительно 20%. Германия является ведущим производителем станочного оборудования в мире. По объему продаж (14 млрд ДМ) она занимает второе место после Японии (16 млрд ДМ) и опережает США (9 млрд ДМ), Италию (≈ 6 млрд ДМ) и Швейцарию (≈ 4 млрд ДМ). Станочное оборудование применяется в многочисленных операциях, включая формование, резание и изгибание, они необходимы для токарной обработки, фрезерования, сверления, шлифования для любого центра по механической обработке металлов. Возможно комбинирование любых из этих станков в поточной линии с передачей обрабатываемых деталей с операции на операцию. Станкостроение является важным сектором машиностроения, и доля станочного оборудования в общем экспорте Германии и Японии, составляющая 60—70%, иллюстрирует значение станочного оборудования для экономики этих стран.

2. Смазка станочного оборудования

В этой статье описаны смазочные масла, гидравлические жидкости и пластичные смазки для станочного оборудования. Наряду со смазочно-охлаждающими техническими средствами, гидравлические жидкости по объему потребления являются важнейшей группой смазочных материалов для станочного оборудования, за ними следуют трансмиссионные масла. Чистым и водосмешиваемым СОЖ или жидкостям для металлообработки будут посвящены отдельные статьи. Смазка машинного оборудования описана в стандартах DIN 8659-1 и -2 и ISO 5169 и ISO 3498. Эти стандарты должны содержать требования, необходимые для строгого соблюдения производителями и пользователями при планировании смазочных материалов. Эти смазочные материалы должны также удовлетворять требованиям DIN/ISO 5170 (системы смазки станочного оборудования). Планирование смазочных материалов и систем смазки должно охватывать все узлы и детали станков, нуждающиеся в смазке. В этих планах должно содержаться:
     • точное расположение всех точек, нуждающихся в смазке;
     • тип требуемой смазки;
     • сам смазочный материал в соответствии с DIN 8659-1 и -2 и ISO 3498 и объем бака;
     • график (календарный) периодичности смазки.
Цель планирования смазочных материалов как части рутинного технического обслуживания станочного оборудования заключается в обеспечении достаточного количества соответствующего смазочного материала в нужном месте и в нужное время (Директива VDI 3009). Производители машин обычно включают рекомендательные таблицы по смазке в инструкции по эксплуатации этих машин. В этих таблицах указан тип смазочного материала в соответствии с DIN 51 502, ISO 6743 и ISO 3498 для каждого класса вязкости по торговому наименованию. На основе этой информации составляется план технического обслуживания для каждой машины. В ней указаны тип смазочного материала и интервалы смазки. Для большинства машин план технического обслуживания включен в справочник по эксплуатации, поставляемый производителем машин. На рис. 1 показан пример смазки шлифовального станка без центровой обточки. Видно соответствие требованиям DIN 51 502 и ISO 3498 по интервалам смазки, объему бака и расположению точек смазывания.
 

Схема смазки цилиндрического шлифовального станка

Рекомендации по смазке должны пересматриваться через каждые два года с учетом новых разработок в этой области. Технически аналогичные смазочные материалы часто могут быть подобраны для некоторой рационализации системы смазки. Производители машин часто ссылаются на рекомендации по смазочным материалам, выданным изготовителями отдельных узлов. Этим рекомендациям изготовителей необходимо следовать, в частности, по смазке узлов гидравлических систем, коробок передач, направляющих скольжения, прямолинейных направляющих. Смазка станочного оборудования может быть разделена на ряд важнейших элементов: гидравлическая система, коробка передач, шпиндель, направляющие скольжения, линейная система, подшипники скольжения и качения и, наконец, зона резания. Как правило для каждого узла рекомендуются различные смазочные масла (без СОЖ), обычно это не менее семи типов масел по классу вязкости.

3. Смазка отдельных узлов станочного оборудования

3.1. Гидравлическая система
Большинство гидравлических систем рассчитано на применение HLP (НМ), HLPD (HG) жидкостей с ISO вязкостью от 32 до 46. Рабочие температуры от 40 до 60 °С, а пиковые могут быть в пределах 60—80 °С. Несмотря на то, что рабочие давления находятся в пределах от 50 до 100 атм (сравнительно низкие), в зажимных устройствах применяют давления до 400 атм. Низкие давления в системе обычно применяют для предотвращения следов дрожания станка на обрабатываемой поверхности (сжимаемость жидкости), что часто имеет место при высоких давлениях. Кроме того, высокие давления приводят к большим утечкам и, следовательно, к снижению эффективности. На рис. 2 показан перечень гидравлических масел, применяемых в станочном оборудовании (по результатам исследований 12 германских станкостроительных предприятий, 1995).

Перечень гидравлических масел, применяемых в станочном оборудовании


HLPD жидкости часто применяют для решения проблем, связанных с трением и совместимостью.
Ротационные крыльчатые и внутренние шестеренчатые насосы применяются при давлениях в пределах от 50 до 100 атм. Более высокие давления создаются радиальными и аксиальными поршневыми насосами. Наружные шестеренчатые насосы применяются редко из-за шума, генерируемого ими.
На рис.3 показаны типы насосов, применяемых в станочном оборудовании (обследование 12 германских станкостроительных предприятий, 1995. 

 

Гидравлические насосы, применяемые в станочном оборудовании

 Рабочие условия, применяемые в станочном оборудовании

Диапазон давления

    80% всех станков эксплуатируются под давлением в пределах от 50 до 100 атм
    13% всех станков эксплуатируются под давлением в пределах выше 100 атм
    7% всех станков эксплуатируются под давлением в пределах выше 150 атм

Минимальная вязкость гидравлических жидкостей

    Крыльчатые насосы:
 Как правило, требуется вязкость минимум 15 мм2/с при давлениях вплоть до 100 атм — маловязкие жидкости в настоящее время находятся в стадии разработки
     Поршневые насосы:
 
В настоящее время имеются для маловязких жидкостей, но они дороги
     Шестеренчатые:
 Нуждаются в очень большом комплексном составе


Клапаны исполнительных механизмов, золотниковые клапаны, запорные клапаны и дроссельные заслонки применяются в станочном оборудовании. Многие клапаны снабжены гидродинамическими подшипниками, которые делают их чувствительными к эффектам прерывистой смазки, загрязнению и образованию отложений.
Гидравлические системы станочного оборудования обычно снабжены станочными или волокнистыми фильтрами. Приблизительно 80% станкостроителей применяют фильтры с размером ячеек от 5 до 10 мкм: остальные 20% применяют фильтры с размером ячеек вплоть до 25 мкм.
В зависимости от типов применяемых клапанов, давления и важности машины, чистота жидкости по ISO 440 должна быть в пределах от 15/11 до 7/13 или ниже в соответствии с ISO 4406.


3.2. Направляющие скольжения

Направляющие скольжения станочного оборудования, которые служат для закрепления и поддержки обрабатываемых заготовок, относятся к важнейшим элементам станка. Особые требования, предъявляемые к направляющим скольжения, заключаются в точности, высоких эксплуатационных характеристиках, низких издержках производства и в низких эксплуатационных затратах.
Важнейшие особенности направляющих скольжения заключаются:
     • в низком коэффициенте трения, отсутствии прерывистого трения при малых скоростях подачи и высокой несущей способности;
     • низком износе и предельно высокой противозадирной надежности;
     • жесткости при кручении и минимальный люфте;
     • хороших смачивающих свойствах для снижения вибрации станка на поверхностях обрабатываемых изделий.
Обычно применяют гидродинамические, гидростатические и роликовые направляющие. Изредка применяются и электромагнитные направляющие в станочном оборудовании. Гидростатические направляющие скольжения утрачивают популярность из-за дороговизны, но все еще встречаются во многих машинах. В настоящее время часто применяют гидродинамические линейные роликовые направляющие (линейные системы). Доля на рынке гидродинамических направляющих скольжения значительно уменьшается, в связи с тем, что они обеспечивают сравнительно низкие скорости подачи (максимум 0,5 м/с), часто страдают от прерывистого трения и издержки на их производство выше, чем на линейные роликовые направляющие.
Обычными материалами трущихся пар в гидравлических направляющих скольжения являются чугун—чугун, чугун—пластик, чугун-сталь и сталь—пластик. Масла для направляющих скольжения должны отвечать требованиям DIN 51 502, ISO 6743-13 и ISO 3498. Горизонтальные направляющие скольжения часто смазывают специальными маслами CGLP68, HF68 и G 68. Наклонные и вертикальные направляющие скольжения обычно смазывают маслами CGLP 220, HG 20 или G 220.
     Масло подается по центральным системам и полностью заканчивается в процессе применения (утрачиваемые масла). Масла для направляющих скольжения — это обычные смазочные масла с присадками, улучшающими стойкость к окислению и антикоррозионные свойства. Они также содержат противоизносные агенты, противозадирные присадки, ПАВ и также добавки, улучшающие адгезию (агенты, придающие липкость).
     В последние годы станочное оборудование все чаще оснащают роликовыми или линейными направляющими скольжения. В 1995 г. девять из двенадцати обследованных станкостроительных предприятий Германии применяли исключительно роликовые линейные направляющие, а четыре — гидродинамические и роликовые направляющие. Смазочные масла должны разделять подвижные части роллера в контактной зоне, вращающейся в противоположном направлении. Смазочное масло должно также  обладать смачивающими характеристиками в зоне контакта (особенно если изменяется направление движения) и надежно защищать от износа и задиров. Также оно должно образовывать стабильную и эффективную пленку в очень короткое время. Такие полностью утрачиваемые смазочные масла подают в зоны направляющих через централизованную систему. Часто применяются сорта масел CGLP 68 и CGLP 220. Рекомендованы к применению высоковязкие CGLP 220 масла для направляющих скольжения, содержащих поверхностноактивные компоненты. Альтернативно применяют также пластичные смазки К2К или аналогичные им материалы.
Масла гидродинамических направляющих скольжения и линейных направляющих должны обладать следующими свойствами:
     • химической совместимостью со всеми СОЖ;
     • хорошими деэмульгирующими характеристиками, без липких осадков на на правляющих скольжения;
     • низким коэффициентом трения (статического и динамического);
     • исключать прерывистое трение (скольжение и статистическое трение изменяется во время прерывистого трения, что может вызвать образование неровностей на обрабатываемой поверхности вследствие дрожания станка);
     • хорошей прокачиваемостью в централизованных смазочных системах;
     • хорошей адгезией к направляющим скольжения благодаря содержанию присадок;
     • хорошими противоизносными свойствами (противозадирные и противоизносные присадки) FZG > 12;
     • хорошей совместимостью с конструкционным материалом направляющих скольжения;
     • хорошими антикоррозионными характеристиками (без черных пятен на направляющих);
     • содержать такие же системы присадок, которые содержатся в гидравлических маслах;
     • отвечать требованиям спецификаций на гидравлическое масло, если в контуре присутствуют гидравлическое масло и масло для направляющих скольжения.

3.3. Шпиндели (главный шпиндель станка, рабочие шпиндели)

Функция шпинделей заключается в направлении режущего инструмента и/или заготовки в зоне резания. Кроме того, шпиндели должны абсорбировать внешние силы. Точность и качество обработки поверхностей изделий на станках зависят от статического, динамического и термического поведения подшипников шпинделя. Они являются ключевыми элементами станков. Шпиндели для режущих инструментов могут опираться на смазываемые пластичной смазкой роликовые подшипники, смазываемые маслом роликовые подшипники или гидродинамические подшипники скольжения. Роликовые подшипники почти полностью вытеснили подшипники скольжения. Для смазки роликовых подшипников (смазываемых маслом) обычно используют тотально утрачиваемое масло, подаваемое из централизованной системы или масляным туманом. Часто применяют маловязкие CL/CLP смазочные масла общего назначения по DIN 51 517 или ISO VG 5—22 и шпиндельные масла FC и FD по ISO 6743-2. Шпиндельные масла должны смазывать и охлаждать. Они должны защищать сталь и медь от коррозии, обладать окислительной стабильностью. В зависимости от назначения в смазочные масла вводят противоизносные и противозадирные присадки. Скорость вращения шпинделя, вычисляемая как произведение оборотов (мин-1 на средний диаметр подшипника (мм), является критерием для определения типа смазки шпинделя — маслом или пластичной смазкой.

3.4. Коробки передач и подшипники
Коробки передач предназначены для конверсии и передачи движения и сил — они являются механизмами, передающими энергию. Коробки передач в станочном оборудовании служат для снижения скорости привода до скорости суппортов и т. д. Эти коробки передач могут иметь постоянные или избираемые отношения. Регулирование скорости часто производится с помощью синхронизированных и несинхронизированных моторов. Коробки передач бывают цилиндрического прямозубого, червячного, тарельчатого (коронного), сателлитного или планетарного типов.
Нагрузка на коробки передач станочного оборудования сравнительно невелика, поэтому для их смазки часто применяют трансмиссионные масла и смазочные масла общего назначения ISO VG 68 до 320 CLP (DIN 512 517 — датированный январем 2004 г., СКС или CDK (ISO 6743/6). Червячные приводы часто смазывают трансмиссионными маслами CLP PG или маслами СКЕ на базе полигликолей. Синтетические масла CLP НС или CAT на базе полиолефинов применяют в термически нагруженных коробках передач.
В коробках передач чаще всего применяются подшипники скольжения (несмотря на то, что их редко применяют в станочном оборудовании) и роликовые подшипники. Самыми распространенными типами являются шариковые и цилиндрические подшипники качения. Соответствующими смазочными маслами для них являются смазочные масла общего назначения и специальные трансмиссионные масла.

4. Проблемы смазки станочного оборудования

Многие типы смазочных масел и пластичных смазок применяются в станочном оборудовании. Чаще всего используются гидравлические масла, масла для направляюших скольжения и шпиндельные масла, а также пластичные смазки. Поэтому важной проблемой является то, что между этими смазочными материалами необходима совместимость. Утечки гидравлических масел в больших количествах могут вызывать загрязнение СОЖ (каждый год в контур СОЖ попадают гидравлические масла в количестве, в 3—4 раза превышающем объем гидравлической системы). В то же время СОЖ могут попадать в контур гидравлических масел через цилиндры и т. д. Масла для направляющих скольжения и СОЖ как полностью утрачиваемые смазочные материалы, находятся в тесном контакте, и поэтому должны быть совместимы. Разработкам в области универсальных масел (химически близким смазочным материалам), исключающим проблемы плохой совместимости, в настоящее время придается приоритетное значение. Первоначальные разработки семейств жидкостей, т. е. гидравлических, трансмиссионных масел, масел для направляющих, шпиндельных и СОЖ с одинаковыми пакетами присадок, но различных классов вязкости, уже испытаны в практических условиях. Маловязкие масла без присадок уже опережают водосмешиваемые эмульсии по объему применения (тенденция к применению масла вместо эмульсии). В будущем разработки будут концентрироваться на унифицированных системах, состоящих из одного маловязкого масла, которое будет выполнять функции СОЖ, масла для направляющих скольжения и гидравлической жидкости. Однако эта концепция требует изменения конструкции компонентов системы, в частности насосов для работы с такими маловязкими жидкостями. Разработка совместимых систем позволила бы сэкономить огромные суммы, которые теперь расходуются на мониторинг и техническое обслуживание смазочно-охлаждающих эмульсий на водной основе, применяемых в настоящее время (жидкости для металлообработки).

5. Гидравлические жидкости — новые тенденции, новые разработки

5.1. Области применения
В Германии 80-85% гидравлических жидкостей производят на базе минеральных масел. Из них приблизительно 40% применяются в мобильных гидравлических системах и 60% в индустриальных системах. Приблизительно 7% гидравлических масел применяются в качестве огнестойких жидкостей в подземных горнорудных предприятиях, в сталеплавильных цехах, литейных цехах и на электростанциях. Приблизительно 7% от общего объема гидравлических жидкостей относится к биологически разлагаемым гидравлическим жидкостям для мобильных и стационарных систем. Приблизительно 1% композиций специального назначения применяется в гидравлических системах на предприятиях пищевой промышленности и в производстве напитков.

5.2. Химизм

Базовые жидкости
Типичные гидравлические жидкости на 95-98% состоят из базовых жидкостей и на 2—5% из присадок. Как упоминалось выше, самый большой вклад в базовые жидкости вносят минеральные масла, полученные из сырой нефти (главным образом, парафиновые и нафтеновые соединения и базовые масла гидрокрекинга). К другим базовым жидкостям относятся, в основном, полностью и частично насыщенные сложные эфиры, полигликоли, полиальфаолефины (ПАО) и алкилаты.

Присадки
Важнейшие присадки для гидравлических жидкостей приведены в Таблице 1

 Таблица 1. Важнейшие присадки для гидравлических жидкостей

 Тип присадок

 Химизм

 Антиоксиданты (АО)  Фенольные и алкильные АО, диалкилдитиофосфаты цинка (ZnDTP)
 Дезактиваторы меди  Азотные соединения (триазолы), димеркаптотидиазолы
 Ингибиторы коррозии стали / железа  Производные карбоновых кислот, сульфонаты, соединения янтарной кислоты
 Противоизносные присадки (AW)  Сложные эфиры, ZnDTP
 Противозадирные присадки (ЕР)  Соединения фосфора и серы, тиофосфаты, осерненные углеводороды (активные и неактивные)
 Модификаторы трения  Жирные кислоты, полярные соединения, сложные эфиры
 DD присадки  (детергенты и дисперсанты)  Фосфаты Са и Mg, сульфонаты, феноляты, полиизобутиленсукцинимид
 Антипенные агенты  Силиконовые масла, полиметилсилоксаны, вещества, не содержащие силиконовых масел
 Присадки, улучшающие индекс вязкости (VII)  Полиметакрилаты
 Присадки, снижающие температуру застывания (РР)  Полиметакрилаты
 Красители  Азокрасители, флуоресцентные красители
 Агенты, придающие липкость  Полиизобутилены, полярные соединения


Приблизительно 70% гидравлических жидкостей на базе минеральных масел в Европе содержат цинк, хотя все больше не содержащих цинка гидравлических жидкостей становятся доступными на европейском рынке. Эти жидкости в своих композициях не содержат диалкилдитиофосфата цинка в качестве многоцелевой присадки. Хотя она оказывает большое влияние на эксплуатационные характеристики гидравлических масел, важно отметить, что само элементное содержание этой присадки решающего эффекта на качество гидравлических жидкостей не оказывает. В не содержащих цинка гидравлических жидкостях находится аналогичное количество или даже меньшее количество фосфора и серы (табл. 2).

 Таблица 2. Изменение элементного содержания гидравлических жидкостей, содержащих цинк и не содержащих цинка

  Элемент

 Цинксодержащие гидравлические жидкости

 Гидравлические жидкости, не содержащие цинка

 Цинк  200-500 ppm  0 ppm
 Фосфор  200-500 ppm  60-500 ppm
 Сера  400-1000 ppm  0-1000 ppm
 Сера (базовое масло)  300-1000 ppm  300-1000 ppm


Традиционные минеральные масла группы 1 содержат включенную серу, которая положительно влияет на противоизносные характеристики и синергетические функции, например, как вывод радикалов для повышения окислительной стабильности. Кроме того, определенное содержание ароматики, типичное для базовых масел группы 1, улучшает растворимость присадок и продуктов старения. Новые гидравлические жидкости, созданные на основе современных базовых масел (гидроочищенных, гидрокрекированных или ПАО), имеют намного меньшее или нулевое содержание серы и ароматики и, следовательно, нуждаются в более высоких дозировках присадок для балансирования нехватки серы и ароматики в соответствующей базовой жидкости. Некоторые особо интересные характеристики гидравлических жидкостей будут рассмотрены в следующих разделах главы. Применение присадок, не содержащих цинка и цинксодержащих присадок обычно имеет заметные различия в характеристиках гидравлических жидкостей и может даже принципиально повлиять на такие функциональные характеристики композиций гидравлических жидкостей, как деэмульгирующие свойства или DD характеристики.

5.3. Противозадирные и противоизносные свойства

Несмотря на то, что испытания на насосе Виккера — это традиционный и важный метод для гидравлических жидкостей, полученные результаты недостаточно дифференцируют современные гидравлические жидкости. Другие обычно применяемые методы испытания противозадирных/противоизносных свойств включают в себя четырехшариковый тестер «Шелл» (DIN 51 530-1.2), применение испытательной машины Бруггера (DIN 51 347-2) и применение шестеренного FZG испытательного стенда {DIN 51 354-2). Этими методами испытывают гидравлические жидкости, содержащие различные присадки (все ISO VG 46). Результаты показывают, что гидравлические жидкости DD типа с присадками, не содержащими цинка, обычно имеют лучшие противозадирные характеристики, чем традиционные цинкосодержащие деэмульгирующие гидравлические масла и другие гидравлические масла (табл. 3).

 Таблица 3. Типичные результаты испытаний противозадирных / противоизносных (ЕР/AW) свойств различных типов гидравлических жидкостей.

 Метод испытания  Обычные EP/AW  Умеренные EP/AW  Высокие EP/AW
 ЧШМ
Противозадирные свойства
 1800-2000 Н
• Цинксодержащие DD
• Не содержащие цинка деэмульгаторы
• Цинксодержащие деэмульгаторы
   > 2200 Н
• Не содержащие цинка DD
 Бруггер
Противозадирные свойства
 20-25 Н/мм2
• Цинксодержащие деэмульгаторы
• Цинксодержащие DD
• Синтетическое базовое масло
• Не содержащее цинка базовое масло, деэмульгаторы
 30-40 Н/мм2
• Цинксодержащие DD
• Не содержащие цинка деэмульгаторы
 > 50 Н/мм2
• Не содержащие цинка DD
 FZG
Противозадирные свойства
 11-12
• Цинксодержащие DD
• Синтетическое базовое масло
• Не содержащее цинка синтетическое базовое масло, деэмульгаторы
 >12
• Не содержащие цинка DD
• Цинксодержащие DD
 
 Виккерс
Противозадирные/ противоизносные свойства
 < 120 мг, кольцо
< 30 мг, лопатка
• все выдерживают (как правило)
   


Так называемый метод FES из FAG является сравнительно новым методом испытания гидравлических жидкостей на определения износа и коэффициентов трения роликовых подшипников. Несмотря на то, что эта методика испытаний обычно применяется к пластичным смазкам и к трансмиссионным маслам (DIN 51 819-3), некоторые автомобилестроители требуют испытания гидравлических жидкостей своими фирменными методами и только после «выдерживания» испытаний допускают эти жидкости к применению. В целом можно утверждать, что фосфор/серосодержащие присадки без цинка более подходят для удовлетворения высоким противозадирным требованиям (например, гидравлические системы со встроенными зубчатыми передачами). Жидкости, содержащие в своей композиции цинксодержащие присадки, проявляют себя хорошо в режиме смешанного трения, где требуются не только умеренные противозадирные, но хорошие противоизносные характеристики. Поэтому их многофункциональные противоизносные характеристики обычно лучше, чем у жидкостей, не содержащих цинка и золы.

5.4. DD свойства

Некоторые OEM выдвигают минимальные требования к предельному содержанию загрязнителей в гидравлических маслах. В частности, Daimler-Chrysler сообщает о фирменном методе Фукса, предусматривающем применение бумажной хроматографии, заключающейся в нанесении коллоидного графита на бумажную полоску, погружаемую в смазочное масло. В специальных условиях регистрируют миграцию графита. Фирменный метод OEM устанавливает предельную миграцию на расстояние 40 мм. Только гидравлические жидкости, содержащие избранные диспергирующие присадки и в высоких концентрациях, выдерживают эти испытания (рис. 5). 
Свойства DD, результаты испытаний гидравлических жидкостей различного типа 


5.5. Деаэрация

Казалось бы логичным, что гидравлические жидкости с деэмульгирующими свойствами должны иметь лучшие деаэрирующие характеристики, чем жидкости с DD свойствами. В действительности же композиции с современными DD присадками не уступают или иногда даже превосходят деэмульгирующие гидравлические жидкости по их деаэрирующим характеристикам. Это доказано методом DIN 51381. Все результаты показали значение менее 10 мин, что отвечает требованиям DIN 51 524-2, который описывает HLP гидравлические масла с предельными значениями от 10 до 13 мин.

5.6. Статический коэффициент трения

Серия испытаний с применением наклонного трибометра проведена на SKC Gleittechnik (Техника скольжения) в Гобурге (Германия). Метод SKC был первоначально разработан для испытания масел для направляющих скольжения и служит для определения коэффициентов трения жидкостей для комбинаций пластика и стали. Статические коэффициенты трения для DD гидравлических жидкостей находились в пределах 0,130—0,177, ниже, чем у деэмульгирующих жидкостей (0,214). Превосходные величины в диапазоне 0,088—0,11 были достигнуты с синтетическими сложными эфирами, благодаря их полярным характеристикам.

5.7. Окислительная стабильность

Необходимые присадки и базовое масло оказывают значительное влияние на окислительную стабильность. При переходе от деэмульгирующих композиций к DD композициям повышается как гидролитическая, так и термическая стабильность.Тип и концентрация DD присадок в композициях влияют на результаты так же, как и тип базового масла. Результаты, полученные по методу TOST (ASTM 943-DIN51 587), приведены в табл. 4. Правильный выбор гидравлической жидкости может привести к увеличению срока службы жидкости в несколько раз.

 Таблица  4. Примеры результатов испытаний по методу TOST

  Гидравлическая жидкость

 Окислительное число > 2 мг КОН/г-1

  Минимальные результаты отвечают требованиям DIN 51 524

 1000 ч

 Минеральное масло, деэмульгирующее, низкая концентрация

 1200 ч

 Минеральное масло, DD, умеренная  концентрация

 2300 ч

 Минеральное масло, DD, высокая концентрация

 3900 ч

 Базовое масло гидрокрекинга, DD, высокая концентрация

 4500 ч

 DDDetergents and dispersants — моюще-диспергирующие присадки (детергенты и дисперсанты)


5.8. Устойчивость к сдвигу

Гидравлическое оборудование эксплуатируется в широком диапазоне температур, поэтому необходимы высокие вязкостно-температурные характеристики. Индекс вязкости (VI) традиционно повышают введением присадок, улучшающих ИВ, обычно полимеров. Эти полимеры, к сожалению, в конечном счете разрушаются, что приводит к снижению вязкости. Теперь эти характеристики рассматриваются в обновленной версии DIN 51 524-3, которая описывает высокоиндексные гидравлические масла (HVLP). Вводится метод испытания гидравлического масла на устойчивость к сдвигу на роликовых подшипниках с коническим вкладышем. Некоторые OEMS требуют максимальной потери сдвига в этом испытании(15—20%). Поскольку вязкость обычных HVLP на базе стандартных ИВ присадок снижается на 30—50% при температуре 100 °С, то HVLP должны быть легированы с помощью различных химических присадок, что увеличивает затраты. Альтернативным методом создания современных композиций является использование базовых масел, которые содержат встроенные натуральные, стойкие к сдвигу высокоиндексные компоненты. Результаты приведены в табл. 5.

 Таблица 5. Результаты испытаний высокоиндексных гидравлических масел: испытание на устойчивость к сдвигу на роликовых подшипниках с коническим вкладышем по методу DIN 51 350-6 (20 ч, 60 °С, 40 мл)

 

 ПАО
HVLP

 HEES насыщенные
HVLP 46

 Минеральное масло,
обычное HVLP 46

 HVLP 68,
гидрокрекинга

 V–20

2200

1970

1700

5900

 V40

 46

46

46

68

 V100

7,8

8,2

8,9

10,7

 VI

140

155

180

150

  Потеря на сдвиг, ΔV100

 < 1%

 < 1%

 < 40-50%

 < 10%



Во многих стационарных гидравлических системах применяют всесезонные (универсальные) моторные масла вместо регулярных гидравлических жидкостей. Обычно применяют SAE 10W-40 и SAE 15W-40. Эти продукты имеют вязкости > 95 сСт при температуре 40 °С и в своем составе содержат полимеры, подверженным высоким потерям при сдвиге, что может привести к критическому снижению вязкости.

5.9. Фильтрация цинксодержащих и беззольных гидравлических жидкостей

Фильтруемость не содержащих цинка гидравлических масел в значительной степени зависит от типа химических присадок. Разработан многопроходный испытательный стенд для динамических испытаний. Различные давления в присутствии 1 % воды (для лучшей дифференциации) регистрируют через определенный промежуток времени. В зависимости от стратегии создания композиций гидравлических жидкостей можно ожидать экстремально различные картины фильтрации. В практических условиях этого испытательного стенда были разработаны гидравлические жидкости с продолжительными сроками службы и хорошей фильтруемостью. Результаты испытаний различных цинксодержащих и беззольных гидравлических масел показаны на рис. 6.

Результаты испытаний на многопроходную фильтруемость различных гидравлических жидкостей, не содержащих цинка

На практике перед применением цинксодержащих смесей и жидкостей, не содержащих цинка, обычно проводят испытания на их совместимость. Электростатические явления обычно зависят от применяемых жидкостей и материалов, используемых для глубокой фильтрации. Поскольку электростатические заряды в жидкостях зависят главным образом от проводимости жидкостей, риск потенциальных электростатических зарядов в гидравлических жидкостях в очень высокой степени зависит от присадок, содержащихся в этих жидкостях (табл. 6).

 Таблица 6. Типичные данные по проводимости гидравлических масел различных типов

  Тип гидравлического масла

 23 °С

 50 °С

  Минеральное масло, деэмульгирующее, цинксодержащее

 200 пСм /м

 800 пСм /м

 Минеральное масло, ДД, цинксодержащее

 470 пСм /м

 2000 пСм/м

 Минеральное масло, ДД, цинксодержащее

 8000 пСм /м

 40 000 пСм/м

 Минеральное масло, деэмульгирующее, без цинка и золы

 4пСм/м

 17пСм/м

 Минеральное масло, ДД, без цинка и золы

 140пСм/м

 690 пСм/м

 Минеральное масло, ДД, без цинка и золы

 Зб0пСм/м

 1100пСм/м

ДД — детергенты и дисперсанты


Металлосодержащие жидкости с соединениями цинка, кальция или магния в качестве присадок лишены этих проблем, потому что их проводимость ниже 300 pS/ мин. Присадки проводят электростатические заряды на корпус оборудования. Несмотря на то, что гидравлические жидкости, не содержащие цинка и металлов, по-разному ведут себя и не проводят электростатических зарядов, тщательный отбор не содержащих цинка присадок и передовые методы очистки позволяют достигать адекватной проводимости. Само собой разумеется, что чистые HL масла без противозадирных/противоизносных присадок имеют очень низкую проводимость, и поэтому их следует считать критическими. Специальная рабочая группа VDMA активно занимается исследованием этой проблемы.

5.11. Микроцарапины

При применении малоэффективных беззольных гидравлических масел вместо цинксодержащих гидравлических жидкостей нередко наблюдается новое явление — микроцарапины. Это очень мелкие царапины, равномерно распределенные вокруг поршня в аксиальном направлении. Наблюдается также изменение цвета, а шероховатость поверхности достигает пиков в 2 мкм по сравнению с 0,1 мкм на неповрежденных поверхностях. Примеры поврежденных и неповрежденных поверхностей показаны на рис. 7.

Поршни без микроцарапин и с микроцарапинами

Причиной образования этих микроцарапин является применение не содержащих цинка и беззольных гидравлических масел с низкими противозадирными/противоизносными характеристиками. Для оценки различных гидравлических масел на образование микроцарапин в исследовательском центре «Бузак—Шамбан» в Штутгарте (Германия) был разработан специальный испытательный поршневой стенд.
     В результате испытаний было найдено, что цинксодержащие гидравлические жидкости и не содержащие цинка гидравлические жидкости с высокими уровнями правильно подобранных противозадирных/противоизносных присадок обычно не приводят к образованию микроцарапин. Пленкообразующие свойства также положительно влияют на предотвращение появления микроцарапин, поэтому рекомендуется применение гидравлических жидкостей DD типа в сочетании с химическими присадками, не содержащими цинка и золы.
     DIN 51 524 для гидравлических жидкостей был пересмотрен в 2006 г. Были внесены значительные изменения в определение уровней чистоты, были изменены предельно допустимые значения, например, по деаэрационным характеристикам с 10 до 13 мин, в DIN 51 524-3 введен метод испытания на стойкость гидравлических жидкостей на роликовых подшипниках с коническим вкладышем (результаты ждут своего опубликования).
     По Директиве ЕС 2005/Зб0 ЕС в 2005 г. была внедрена европейская экомаркировка «Margerite» (Маргарита). Для биологически разлагаемых гидравлических жидкостей эта экомаркировка опирается на спецификацию ISO 15 380. Кроме того, усилены требования к биологической разлагаемости и к устойчивости качества гидравлических жидкостей — 50% всех видов сырья должны быть получены из возобновляемых источников. Недавно пересмотрен стандарт ISO 6743-4 в отношении технических требований к гидравлическим жидкостям на базе минеральных масел.

5.12. Выводы

Сегодня на мировом рынке ассортимент различных гидравлических жидкостей очень широк, также многообразны и технические требования к ним. Поэтому каждая область применения с учетом окружающих условий должна быть подробно изучена при выборе оптимальной гидравлической жидкости. Оптимум зависит от многих различных характеристик гидравлических жидкостей. Возможен выбор между цинксодержащими и не содержащими цинка гидравлическими жидкостями, синтетическими базовыми маслами или минеральными, с высокоэффективными присадками или без них, с деэмульгирующими свойствами или DD характеристиками жидкости. Правильный выбор гидравлических жидкостей влияет на эксплуатационные характеристики, срок службы, эксплуатационную готовность, экономическую эффективность эксплуатации машин и оборудования и их соответствующих гидравлических систем. Гидравлические жидкости — это неотъемлемая жидкая часть станочного оборудования.

6. Резюме

В техническом и в экономическом аспектах широкий диапазон различных спецификаций и условий применения диктует необходимость использования различных гидравлических жидкостей, которые должны удовлетворять множеству эксплуатационных требований. В табл. 7 показаны важные характеристики гидравлических жидкостей и наиболее важные группы жидкостей.

 Таблица 7.  Важные свойства гидравлических жидкостей (класс вязкости ISO VG46)

 

 Минеральное масло

Эмульсия/раствор

 Раствор полимера

Синтетический сложный эфир

 Синтетический сложный эфир

Триглицериды рапсового масла

 DIN 51502

 HLP

HFA

HFC

 HFDR

HFDU/HEES*

HETG

 Плотность при 15 °С (г/см3)

 0,89

1,0

 1,04–1,09

 1,1–1,2

 0,932–0,94

 0,92–0,93

 Кинематическая вязкость при 40 °С (мм2/с)

46

1–2

46

46

46

46

 Индекс вязкости (ИВ)

 100 (хороший)

 —

150–200
(очень хороший)

 ≈ 0,80(низкий)

 140–190
(очень хороший)

 200–220
(очень хороший)

 Средний модуль сжатия M(N • м-2)

2 ·10 9

 2,5 ·10 9

 3,5 ·10 9

 2,3–2,8 ·10 9

 2,3–2,8 ·10 9

 1,8–2,5 ·10 9

 Удельная теплопроводность,
λ, при 20 °С (Вт м-1 • К-1)

 0,13–0,14

0,6

 0,3–0,43

 0,11–0,12

 0,11–0,13

 0,15–0,18

 Коэффициент расширения, βτ, K-1

 7 ·10–4

 1,8 ·10–4

  7 ·10–4

 6,8 ·10–4

 7 ·10–4

 7,5 ·10–4

 Рекомендованный диапазон температур/ рабочие температуры, °С

 –10 – (–100)

 5 – <55

 –2 – (–60)

 –10 – (–100)

 –10 – (–100)*

 0–70

 Максимальный диапазон температур /рабочие температуры, °С

–35 – (–120)

 0–55

 –35 – (–65)

 –20 – (–150)

 –35 – (–130)*

 –20 – (–90)

 Температура вспышки, °С

 ≈ 220

 н**

 н**

240–250

 250–300

 ≈ 315

 Температура воспламенения, °С

310–360

 —

 —

 500–550

 450–500

 350–500

 Температура застывания, °С

<–18

 ≈ 0

 <–30

 <–18

 <–30

 ≈ –25

 Коэффициент Бунсена, αv, при 20 °С для воздуха

 0,08–0,09

 0,02

 0,01–0,02

 0,012–0,02

 0,012–0,02

 0,025–0,06

 Скорость звука при 20°С, м/с

1300

1400

 ≈ 1400

 —

 —

 —

 Давление насыщенных паров при 50 °С, матм

 10–4– 10–5

120

 ≈ 50–80

 < 10-5

 < 10-5

 < 10-5

 Риск кавитации

 Низкий

 Очень высокий

 Средний

 Низкий

 Низкий

 Низкий

 Относительная стойкость жидкости, %

100

10-15 в зависимости от концентрации

 200-300

 800-900

 300-600

 200-250

 Доля рынка, %

 ≈ 88

 < 1

 ≈ 4–5

 < 1

 < 1/2-3

  ≈ 1–2

 *   Насыщенные сложные эфиры.
** Неприменимо, нет температуры вспышки



Гидравлические масла являются основными элементами машин и станочного оборудования, и поэтому они должны быть включены в перечни заводского оборудования для отражения различных свойств, предлагаемых различными типами жидкости.




Роман Маслов.
По материалам зарубежных изданий.

Адрес: г. Москва, дер. Старосырово, Симферопольское шоссе д.20 стр. 1 (Щербинская нефтебаза 11 км. от МКАД)
Телефон: (495)77-11-093, E-mail: info@expert-oil.com