Как обеспечить работоспособность аппаратуры при низких температурах

Обновлено: 07.07.2024

СВОД ПРАВИЛ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ

МЕХАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН В ЗИМНИЙ ПЕРИОД

Mechanisation of construction. Winter operation of construction machines

1 РАЗРАБОТАН в рамках технического комитета по стандартизации ТК 376 "Эксплуатация строительно-дорожных машин и оборудования" Военным инженерно-техническим университетом (ВИТУ), Санкт-Петербург, при участии Управления государственной строительной политики Госстроя России

ВНЕСЕН Управлением государственной строительной политики Госстроя России

3 СОГЛАСОВАН с Госстроем Украины в соответствии с Соглашением между Госстроем России и Госстроем Украины о согласовании и участии в совместной разработке нормативных документов в области эксплуатации и ремонта строительных машин

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий нормативный документ разработан с целью установления рекомендуемых требований и положений (в развитие и дополнение к обязательным требованиям нормативных документов в области механизации строительства), способствующих снижению издержек при эксплуатации строительных машин в зимний период.

Настоящий нормативный документ разработан в рамках технического комитета по стандартизации ТК 376 "Эксплуатация строительно-дорожных машин и оборудования" Военным инженерно-техническим университетом (ВИТУ), Санкт-Петербург (канд. техн. наук доцент Шаволов А.С. - отв. исполнитель, канд. техн. наук ст. науч. сотр. Шульгин В.В. (научный руководитель), канд. техн. наук проф. Алексеенко П.Д., д-р. техн. наук проф. Ложкин В.Н., канд. техн. наук доцент Смирнов Л.М., канд. техн. наук доцент Никифоров Г.И., д-р. техн. наук проф. Федоров В.К., инж. Иванов В.А. под методическим руководством Управления государственной строительной политики Госстроя России (Голушкин А.А., Молоткова Л.Н., Симонов С.Н., Городилов А.А.).

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий Свод правил распространяется на строительные машины в исполнении У для макроклиматических районов с умеренным климатом по ГОСТ 15150, смонтированные на базе тракторов, самоходных шасси и автомобилей, имеющих дизельный двигатель.

Документ устанавливает основные положения, регламентирующие особенности эксплуатации строительных машин в зимний период при температуре окружающего воздуха до минус 40 °С.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем документе использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.2.011-75 ССБТ. Машины строительные и дорожные. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.3.033-84 ССБТ. Строительные машины. Общие требования безопасности при эксплуатации

ГОСТ 17.2.1.02-76 Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения выбросов двигателей автомобилей, тракторов, самоходных сельскохозяйственных и строительно-дорожных машин

ГОСТ 305-82 Топливо дизельное. Технические условия

ГОСТ 2084-77 Бензины автомобильные. Технические условия

ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

ГОСТ 17479.1-85 Масла моторные. Классификация и обозначение

ГОСТ 17479.2-85 Масла трансмиссионные. Классификация и обозначение

ГОСТ 17479.3-85 Масла гидравлические. Классификация и обозначение

ГОСТ 20000-88 Дизели тракторные и комбайновые. Общие технические условия

ГОСТ 21393-75 Автомобили с дизелями. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений. Требования безопасности

ГОСТ 25646-95 Эксплуатация строительных машин. Общие требования

ГОСТ 27436-87 Внешний шум автотранспортных средств. Допустимые уровни и методы измерений

ОСТ 37.001.052-87 Требования к пусковым качествам автомобильных двигателей

МДС 12-8.2000 Рекомендации по организации технического обслуживания и ремонта строительных машин

МДС 12-10.2000* Типовые нормы периодичности, трудоемкости и продолжительности технического обслуживания и ремонта грузоподъемных кранов

* Вероятно, ошибка оригинала. Следует читать: МДС 12-10.2001. Взамен действует МДС 12-32.2007. - Примечание изготовителя базы данных.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЯ

3.1 Обогрев дизеля (агрегата, системы) строительной машины - процесс передачи ему тепловой энергии от теплоносителя для достижения (разогрев) или поддержания (подогрев) его заданного теплового состояния в условиях низких температур окружающего воздуха. При этом разогрев непосредственно предшествует пуску, а подогрев начинается после окончания очередной смены работы строительной машины и продолжается до начала следующей смены.

3.2 Средства облегчения пуска дизеля - устройства, облегчающие воспламенение и сгорание топлива в дизеле при пуске при температуре окружающего воздуха до минус 25 °С.

3.3 Средства тепловой подготовки дизеля к пуску - устройства, обеспечивающие разогрев дизеля перед пуском; при этом продолжительность разогрева и пуска должна составлять не более 30 мин при температуре окружающего воздуха минус 40 °С (ГОСТ 20000).

3.4 Средства поддержания заданного теплового состояния в межсменный период - устройства, поддерживающие в межсменный период заданное тепловое состояние (обеспечивающие подогрев) неработающего дизеля, необходимое для его пуска в течение не более 5 мин при температуре окружающего воздуха минус 40 °С.

3.5 Тепловой аккумулятор - теплообменный аппарат, накапливающий отходящую теплоту отработавших газов или (и) охлаждающей жидкости дизеля во время его работы, сохраняющий ее в межсменный период и отдающий эту теплоту потребителю (двигателю, агрегату трансмиссии и др.).

4 ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН В ЗИМНИЙ ПЕРИОД

4.1 Основными факторами, усложняющими эксплуатацию строительных машин (далее - машин) в зимний период, являются:

низкая температура окружающего воздуха и ее резкие колебания;

наличие снежного покрова;

сильные ветры и метели.

4.2 Факторы, указанные в п.4.1, приводят к снижению производительности, увеличению расхода энергоносителей и общей стоимости эксплуатации машин в результате действия следующих особенностей зимней эксплуатации:

повышения сопротивлений разрушению и копанию мерзлых грунтов и смерзшихся сыпучих материалов, отрыва примерзших к грунту грузов, строительных изделий и конструкций;

снижения прочности металлоконструкций, канатов, а также пневматических шин и других деталей из неметаллических материалов;

ухудшения дорожных условий передвижения машин;

затруднения пуска дизелей и поддержания их нормального теплового режима;

увеличения внутренних сопротивлений в гидроприводах и механических трансмиссиях, снижения в связи с этим тяговых усилий и рабочих скоростей;

накопления и замерзания конденсата воды в гидравлических и пневматических системах, снижающих надежность систем управления машинами;

ухудшения физического состояния и работоспособности людей, обслуживающих машины;

увеличения выбросов вредных (загрязняющих) веществ.

Более подробно некоторые механизмы влияния зимней эксплуатации на техническое состояние строительных машин и физиологическое состояние персонала, занятого обслуживанием и управлением машинами, приведены в приложении А.

5 ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗИМНЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИН

5.1 Эксплуатация машин в зимний период осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ 25646, настоящего Свода правил, нормативных документов и конструкторской (эксплуатационной) документации на машины конкретных моделей.

5.2 Эксплуатацию машин при температуре окружающего воздуха от минус 20 до минус 30 °С рекомендуется осуществлять со снижением рабочих нагрузок (транспортных скоростей, степени заполнения ковшей экскаваторов и погрузчиков, грузоподъемности подъемно-транспортного оборудования и т.п.) на 25% по отношению к паспортным, а при температуре от минус 30 до минус 40 °С - на 50%.

5.3 В зимний период на скользкой дороге трогаться с места следует плавно, на малых частотах вращения коленчатого вала дизеля. Сцепление и механизмы поворота следует включать тоже плавно, без рывков.

Для повышения проходимости машин они могут быть оборудованы специальными приспособлениями: цепями противоскольжения, съемными грунтозацепами, противобуксаторами, самовытаскивателями и другими устройствами.

5.4 Для достижения высокого технического уровня эксплуатации машин в зимний период рекомендуется проводить их подготовку, учитывающую особенности зимней эксплуатации.

6 ПОДГОТОВКА МАШИН К ЗИМНЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

6.1 Организационно-технические мероприятия по подготовке строительных машин к зимней эксплуатации направлены на достижение высокого уровня надежности машин, снижение стоимости эксплуатации, обеспечение безопасных условий труда персонала, занятого их управлением и обслуживанием, выполнение нормативных экологических требований.

6.2 Объем работ по подготовке машин к зимней эксплуатации определяется двумя факторами: температурой окружающего воздуха и приспособленностью конструкций машин к работе в данных температурных условиях.

6.3 Подготовка машин и эксплуатационной базы к зимней эксплуатации должна осуществляться в плановом порядке.

В плане подготовки рекомендуется предусматривать следующие мероприятия:

обеспечение необходимыми для выполнения плана финансовыми и материальными средствами;

проведение инструктажей с инженерно-техническими работниками и персоналом, занятым обслуживанием и управлением строительными машинами об особенностях их зимней эксплуатации. При необходимости организуются занятия по подготовке персонала к зимней эксплуатации машин;

распределение персонала, занятого обслуживанием машин, по объектам выполнения подготовительных работ;

проведение сезонных технических обслуживаний машин;

укомплектование машин дополнительными инструментами, приспособлениями и материалами, предназначенными для их обслуживания зимой;

оборудование машин средствами обеспечения работоспособности в зимний период;

приведение в работоспособное состояние групповых средств тепловой подготовки дизеля к пуску и групповых средств поддержания заданного теплового состояния в межсменный период.

6.4 План подготовки машин и эксплуатационной базы должен быть составлен, утвержден и реализован с таким расчетом, чтобы проведение указанных в п.6.3 мероприятий было закончено своевременно, до начала зимнего периода. Контроль за соблюдением выполнения данного плана возлагается на руководителя организации (предприятия).

6.5 Рекомендуется производственные подразделения (участки) базы механизации оборудовать средствами наглядной информации, иллюстрирующими положительный производственный опыт и перспективные научные разработки в области зимней эксплуатации машин.

6.6 Подготовительные работы проводятся при выполнении сезонного технического обслуживания, которое может быть совмещено с очередным периодическим техническим обслуживанием или плановым ремонтом.

Особенности выполнения операций сезонного обслуживания агрегатов, систем и механизмов машин при подготовке их к зимней эксплуатации представлены в приложении Б.

6.7 Сезонное обслуживание машин рекомендуется выполнять централизованно в условиях стационарной эксплуатационной базы силами персонала, занятого обслуживанием и управлением машин.

Допускается в порядке исключения выполнение сезонного обслуживания машин в полевых условиях, если по производственным, организационным, погодно-климатическим и другим причинам перебазировать машины на базу механизации невозможно.

6.8 Для зимнего периода действующие нормативы периодичности и состава работ периодических технических обслуживаний (ТО-1, ТО-2, ТО-3), установленные МДС 12-8 и МДС 12-10, при необходимости могут быть скорректированы с учетом конкретных условий эксплуатации машин.

7 СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МАШИН В ЗИМНИЙ ПЕРИОД

7.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Средствами обеспечения работоспособности строительных машин в зимний период являются:

Широкое применение гидравлического привода в различных машинах и в промышленном оборудовании является общей тенденцией современного машиностроения, основанном на известных преимуществах гидропривода, позволяющих улучшить их технико-экономические показатели. Однако эти преимущества относятся в основном к условиям эксплуатации при умеренных температурах окружающей среды.

Ранее выпускаемые отечественной промышленностью машины для строительства карьеров, механизации разработки угольных и рудных месторождений, горно-химического и строительного сырья и других полезных ископаемых не были приспособлены для эксплуатации в суровых природнокли-матических условиях Сибири и Северо-Востока страны, для которых характерны низкие температуры в течение длительного периода и сильные ветры со снегом. При этом низкая температура окружающего воздуха оказывает наиболее существенное влияние на работоспособность и безотказность машин с гидроприводом. Это вызвано, прежде всего, повышением вязкости холодной рабочей жидкости (РЖ), следствием которой являются: повышение потерь давления (гидравлическое сопротивление потоку) и силы трения в подвижных соединениях; затруднения с пуском гидропривода и продолжительный процесс нагрева РЖ до стабилизации теплового режима гидравлической системы. Например, вязкость гидравлического масла МГ15В, имеющего температуру застывания —65°С, при температуре —50°С повышается в 400 раз по сравнению с температурой при +50°С. Гидравлическое масло МГЕ46В с температурой застывания —35°С, уже при температуре —15°С достигает вязкости 4000 сСт, что является верхним пределом прокачиваемости для пластинчатых насосов; при температуре —5°С вязкость этого масла составляет 2000 сСт — предельное значение для аксиально-поршневых насосов.

Следовательно, эффективность работы гидропривода следует рассматривать в зависимости от температуры с учетом эксплуатационных свойств гидравлических масел. Свойства индустриальных масел (ИС-12, И-12А, ИС-20, И-20А) с температурой застывания —15°С, а также трансформаторного, не имеющего смазывающих и других свойств, не пригодны для эксплуатации машин с гидроприводом при низких температурах, так как они созданы для другого целевого назначения. Масла для автотракторных дизелей типа М-8Г2 и М-10Г2 имеют температуру застывания —15_—25°С и применяются в тракторных гидросистемах только в летний период. Вследствие изложенных особенностей продолжительность рабочего цикла землеройных и планировочных машин с гидроприводом увеличивается и, соответственно, уменьшается их производительность в период запуска. Установленная при эксплуатации в зимний период продолжительность разогрева РЖ в гидросистемах машин до установившейся температуры приведена на рис. 1.

В начальный период при запуске двигателя в условиях низких температур насосы работают с низким объемным КПД. Соответственно снижается производительность машин, а продолжительность разогрева РЖ в гидросистеме до наступления теплового равновесия значительно увеличивается. В течение первых 100 мин. и более было измерено разрежение во всасывающих гидролиниях машин (т.е вакуум — давление значительно ниже атмосферного) от 0 до 0.02 МПа (0.002 кгс/см2).

В приведенных на рис. 1 графиках наглядно показано интенсивное повышение температуры масла в гидросистемах циклично работающих машин до наступления равновесного теплового состояния (от 40 до 60 мин.). Исключением оказалась гидросистема автогрейдера (4), у которого стабильное тепловое состояние наступило через 100 мин вследствие большой протяженности трубопроводов гидросистемы и, соответственно, значительной поверхности их охлаждения.

Отказы в работе машин часто возникают из-за несоответствия свойств уплотнений и рукавов высокого давления условиям эксплуатации. При низких температурах резиновые уплотнения теряют упругие свойства и давление на контактной поверхности уменьшается или совсем исчезает. По данным исследований [3] для многих марок резин контактное давление сохраняет свою начальную величину лишь до температуры —15_—25°С. Дальнейшее понижение температуры приводит к резкому уменьшению контактного давления, при температуре —40_—45°С контактное давление полностью исчезает, появляются наружные утечки масла.

Длительный опыт эксплуатации машин с гидроприводом в условиях низких температур на Крайнем Севере, в Якутии и на Дальнем Востоке показал, что 60% отказов связано с уплотнениями: часто разрываются гибкие резинометаллические и резинотканевые рукава, особенно в местах соединения рукавов с металлическими наконечниками, нарушается герметичность и появляются наружные утечки РЖ. Дополнительно расходуются не только РЖ, но и дизельное топливо, так как для поддержания в работоспособном состоянии машины с гидроприводом
в суровых климатических условиях эксплуатационники не глушат ДВС с ноября по март месяц [5].

В объемном гидроприводе горных машин, эксплуатируемых на открытом воздухе при широком диапазоне изменения окружающей температуры, наибольшее влияние на работоспособность насоса - основного агрегата гидросистемы, определяющего работоспособное состояние всей машины, оказывает величина гидравлического сопротивления (потерь давления) во всасывающей гидролинии насоса. Именно она создает недостаточное заполнение рабочего объема насоса в процессе всасывания, которое зависит в наибольшей мере от вязкости масла, а также от скорости потока, внутреннего диаметра и длины всасывающей гидролинии.

После внедрения в практику машиностроения (с 01.01.71 г.) требований ГОСТ 15150-69, устанавливающий исполнения, категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования изделий в части воздействия климатических факторов внешней среды, положение с созданием машин, пригодных для эксплуатации при низких температурах, существенно изменилось. При изготовлении изделий машиностроительные заводы обязаны в условное обозначение типа (марки) изделия дополнительно вводить буквы и цифры, обозначающие вид климатического исполнения: УХЛ - для районов с умеренным и холодным климатом, У -умеренный, ХЛ - холодный, М - умеренно-холодный морской.

На рис. 2 приведен график зависимости вязкости рекомендуемых для применения гидравлических масел от их температуры. Результаты выполненных экспериментальных исследований гидрооборудования при низких температурах в лаборатории климатических испытаний ЦНИП ВНИИ-стройдормаша [1] показали:

- повышенные потери давления РЖ в гидросистеме, которые возрастают в 3-4 раза при температуре -30°С и до 10-15 раз при температуре от -50°С до -58°С по сравнению с потерями давления при +40. +50°С;

- пониженный объемный и гидромеханический КПД, особенно в период запуска оборудования в работу;

- гидромеханические потери мощности увеличиваются на 15-37% относительно номинальных значений для МГ15В при температуре ниже -40.. .-45°С;

- ориентировочные значения вязкости РЖ, определяющие нижний предел ее применения и обеспечивающие минимально необходимую прокачивае-мость, не должны превышать 4500-5000 сСт для шестеренных насосов (при частоте вращения 1500 об/мин); 3500-4500 сСт для пластинчатых насосов (при частоте вращения 1450 об/мин); 1800-2000 сСт для аксиально-поршневых (при частоте вращения 1000 об/мин).
Упомянутая выше прокачиваемость является весьма важным комплексным критерием, определяющим характеристику насоса и эксплуатационные свойства применяемого гидравлического масла МГ15В (ВМГЗ ТУ 38.101479-00), обеспечивающих работоспособность гидропривода. Прокачиваемость следует определять по величине критической температуры, за пределами которой наступает разрыв сплошности потока и начинает нарушаться или прекращаться подача гидравлического масла.

Исследованиями [1] установлены пределы работоспособности насосов в зависимости от температуры, на основании которых в табл. 1 приведены технически обоснованные рекомендации по применению гидравлических масел, специально созданных для объемных гидро-
приводов.

На рис. 3 в графическом виде приведены зависимости объемного ^у и полного ^н КПД насосов от изменения температуры (соответственно вязкости) гидравлического масла МГ15В при номинальном значении давления нагнетания и частоты вращения насосов. Из приведенных на рис. 3 зависимостей следует, что в зоне наиболее низких температур (-55. -40°С) резко уменьшается объемный КПД из-за незаполнения маслом рабочего объема насоса вследствие чрезмерно высокого гидравлического сопротивления потоку в коротком участке всасывающей магистрали, хотя уровень масла в баке был выше оси насоса на ~0.5 м.

На следующем участке графика в пределах от -43 до -35°С работа для некоторых насосов сопровождается шумом, характерным для явлений кавитации и пульсациии потока, несмотря на приемлемое значение объемного КПД (>90%). Учитывая интенсивный нагрев масла за короткое время, этот участок быстро переходит в стабильный режим, с устойчивой работой насосов, пригодной для длительной эксплуатации. В табл. 1 приведены температурные пределы для кратковременной работы (период запуска) и длительной (не ограниченной временем) работы.

Из рис. 3. видно, что шестеренные насосы обладают лучшей прокачивае-мостью. Однако они наиболее чувствительны к изменению вязкости, имеют меньший температурный диапазон высокого и стабильного КПД, особенно при положительных температурах. Аксиально-поршневые насосы обладают худшей по сравнению с шестеренными насосами прокачивае-мостью при низких температурах в период запуска, но менее чувствительны к изменению вязкости гидравлического масла и имеют наиболее широкий диапазон стабильного и более высокого КПД. В частности, аксиально-поршневые насосы (гидромоторы) 210.20; 310.20; 310.28; 310,56; 310,112 и др. устойчиво работают при изменении вязкости от 8 до 1200 сСт. Это соответствует температуре гидравлического масла от +60°С до -40°С.

Разные предельные значения вязкости гидравлического масла МГ15В для разных типов насосов объясняются и конструктивными особенностями. В частности: для аксиально-поршневых
насосов - размером и конфигурацией всасывающего тракта (в обобщенном виде - гидравлическим сопротивлением потоку), зазорами в качающем узле и между блоком цилиндров и распределителем; для шестеренных насосов -определяется зазорами между зубчатыми шестерням с двух сторон и боковыми стенками по периметру корпуса насоса, а также между зубчатыми шестернями, находящимися в зацеплении. По данным заводов-изготовителей шестеренные насосы типа НШ имеют объемный КПД 0.92-0.94, а общий (полный) 0.83-0.85 на дизельном масле; аксиально-поршневые типа 310. имеют объемный КПД 0.95, а общий -0.91 на гидравлическом масле МГ15В.

Приведенные на рис. 3 зависимости характерны для разомкнутых (открытых) гидросистем, у которых бак с рабочей жидкостью установлен выше оси насоса на 0.5 м и более, т.е. существует статический напор во всасывающей гидролинии.

Мощность в период запуска должна быть выбрана с запасом в пределах 1.15-1.4 от номинального значения в зависимости от типа установленного насоса.

Наибольшие значения общего КПД аксиально-поршневых насосов типа 210., 310., на гидравлическом масле МГ15В соответствуют установившемуся тепловому режиму (от -10 до +55°С) для многих гидросистем машин.

Для увеличения предела прокачиваемости РЖ по уровню ее вязкости следует рекомендовать организациям, эксплуатирующим мобильные машины при низких температурах, уменьшать частоту вращения ДВС для привода насосов, особенно в период их запуска. Эксперименты показали, что при уменьшении частоты вращения пластинчатого насоса на 40% диапазон устойчивой работы насоса по уровню
вязкости РЖ увеличивается от 600-700 сСт до 2000-2100 сСт, т.е. примерно в 3 раза.

При уменьшении частоты вращения аксиально-поршневого насоса 11М №5 на 40% диапазон устойчивой работы по уровню вязкости РЖ увеличился в 2.5 раза (от 400 до 1000 сСт), предел прокачиваемости - в 2 раза.

Зависимость частоты вращения аксиально-поршневых насосов типа 210. в режиме самовсасывания от вязкости гидравлического масла МГ-15В показана на рис. 4. Из графиков видна зависимость подачи насосов от частоты вращения для различных типоразмеров насосов в зависимости от вязкости масла.

Насосы с меньшим рабочим объемом способны работать при большей скорости вращения. Однако характерное для всех насосов снижение подачи наступает примерно при одинаковом значении кинематической вязкости -2500-2600 сСт. Работа всех насосов при вязкости выше 2600 сСт происходит при незаполненных рабочих камерах насосов и сопряжена с кавитацией.

Длительный рабочий режим для насосов можно создавать только после достижения вязкости гидравлического масла, при которой обеспечивается полное заполнение рабочего объема насосов.

Для надежной эксплуатации объемного гидропривода в условиях холодного климата (ХЛ) рекомендуется применять аксиально-поршневые регулируемые насосы с наклонным диском и со встроенным подпиточным насосом типа М4РV21-M5PV115 (12 типоразмеров), с рабочим объемом от 21 до 115 см3, номинальным давлением от 25 до 38 МПа, обеспечивающим прокачивание гидравлического масла без статического напора во всасывающей гидролинии.

Из графика на рис. 4 следует, что гидравлическое масло МГ15В для аксиально-поршневых насосов можно применять как всесезонное в широком диапазоне изменения температуры воздуха и без предварительного подогрева.

Применение только двух основных сортов гидравлических масел МГ15В и МГЕ46В обеспечивает работоспособность и надежную эксплуатацию мобильных машин и сокращение дополнительных затрат, связанных с изготовлением, транспортировкой и хранением большого ассортимента нефтепродуктов, в т.ч. уменьшает загрязнение гидросистем при смене сезонных гидравлических масел.
Другие марки масел могут применяться после официального подтверждения их пригодности изготовителем гидрооборудования или поставщиком, гарантирующим работоспособность и технический ресурс. Поэтому необходимо требовать от поставщика гидравлических масел сертификат, удостоверяющий его качество.

Заливать гидравлические масла в гидросистему необходимо с помощью фильтрующих устройств с тонкостью очистки 10 мкм.

В гидросистемах мобильных машин, длительно эксплуатируемых в условиях холодного климата, не рекомендуется устанавливать фильтры во всасывающей гидролинии. Они создают дополнительное сопротивление потоку и при температуре масла МГ15В ниже —25_—30°С в фильтрах тонкостью фильтрации 25—40 мкм открываются переливные клапаны и масло поступает на слив в бак гидросистемы.

При необходимости применять всасывающие фильтры с переливным клапаном необходимо увеличить пропускную способность фильтров не менее трехкратной номинальной подачи насоса. Это позволит также увеличить грязеемкость фильтро-элементов и периодичность их замены при загрязнении.

Следует иметь ввиду, что в процессе эксплуатации машин с гидроприводом при нагретом масле в баке и низкой температуре окружающего воздуха происходит конденсация влаги из воздуха. Конденсированная влага накапливается в виде капельной жидкости на стенках бака и поступает в гидросистему. Наличие воды в гидравлическом масле не только вызывает коррозию, но резко повышает температуру застывания. Поэтому наравне с принятием мер по соблюдению расфасовки, доставки в герметичной таре, обусловленных ГОСТ 1510-60, небходимо при доливке масла в бак исключить возможность попадания воды в гидросистему. При выполнении технического ухода необходимо пере-одически отвинчивать сливные пробки и сливать со дна бака накопившиеся осадки воды и механические примеси.

Для ускорения подготовки горных машин с гидроприводом к работе и для более эффективной их эксплуатации при оптимальной температуре, соответствующей наиболее высокому значению общего (полного) КПД, целесообразно предусмотреть теплоизоляцию баков для гидравлического масла и трубопроводов.

3. ЮА. Носов. Влияние низких температур на работоспособность уплотнений, труды МАИ., вып. 117, Оборонгиз, 1959.

4. В.А. Васильченко Особенности расчета гидросистем строительных и дорожных машин, работающих при низких температурах. ЦНИИТЭстроймаш, М., 1971.

5. С.В. Каверзин, В.П. Лебедев, ЕА. Сорокин. Обеспечение работоспособности гидравлического привода при низких температурах.

Широкое применение гидравлического привода в самой разной технике и промышленном оборудовании является общей тенденцией современного машиностроения. Это связано с известными преимуществами гидропривода, позволяющего улучшать технико-экономические показатели машин. Однако все эти преимущества в основном относятся к условиям эксплуатации при умеренных температурах.

Машины c гидрооборудованием, выпускавшиеся до 1971 года отечественной промышленностью, не были приспособлены для эксплуатации в суровых климатических условиях Сибири, Крайнего Севера и Северо-Востока. Для этих регионов характерны низкие температуры в течение длительного периода, вечномерзлые грунты и обильные снегопады с сильным ветром.

Именно низкая температура воздуха оказывает наиболее существенное влияние на работоспособность и безотказность машин с гидроприводом. Прежде всего это связано с повышением вязкости холодной рабочей жидкости (РЖ) после длительного перерыва в работе, более 7. 8 ч. При воздействии низких температур на гидравлику увеличиваются потери давления, так называемое гидравлическое сопротивление потоку, и силы трения в подвижных соединениях, затрудняется пуск гидропривода, процесс нагрева РЖ до стабилизации теплового режима гидравлической системы становится более продолжительным. Например, вязкость гидравлического масла МГ-15В, температура застывания которого –65 °С, при –50 °С повышается в 400 раз по сравнению с вязкостью при температуре +50 °С. Вязкость гидравлического масла МГЕ-46В с температурой застывания –35 °С при –15 °С равна 4000 сСт – это верхний предел прокачиваемости для пластинчатых насосов, а вязкость 2000 сСт при –5 °С – предельное значение для аксиально-поршневых насосов.

Эффективность работы гидропривода оценивают с учетом эксплуатационных свойств гидравлических масел в зависимости от температуры. Так, индустриальные трансформаторные масла ИС-12, И-12А, ИС-20, И-20А с температурой застывания –15 °С, не имеющие смазывающих свойств, не пригодны для эксплуатации машин с гидроприводом при низких температурах. Они созданы для другого целевого применения. Температура застывания масел М-8Г2 и М-10Г2 для автотракторных дизелей –15. –25 °С, и их применяют в тракторных гидросистемах только в теплый период года. С учетом таких особенностей продолжительность рабочего цикла землеройно-планировочных машин с гидроприводом увеличивается, и соответственно уменьшается их производительность в период пуска.

При пуске двигателя в условиях низких температур в начальный период насосы работают с низким объемным КПД. Соответственно снижается производительность машин, а продолжительность разогрева РЖ в гидросистеме до наступления теплового равновесия значительно возрастает. В первые 100 мин и даже более наблюдается разрежение во всасывающих гидролиниях машин (т. е. вакуум – давление значительно ниже атмосферного) от 0 до 0,02 МПа (0,002 кгс/см 2 ).

На графике (рис. 1) показано интенсивное повышение температуры масла в гидросистемах циклично работающих машин до наступления равновесного теплового состояния (от 40 до 60 мин). Исключением оказалась гидравлическая система автогрейдера, у которого стабильное тепловое состояние наступило через 100 мин по причине большой протяженности трубопроводов гидросистемы и поверхности их охлаждения.

Из-за несоответствия свойств уплотнений и рукавов высокого давления условиям эксплуатации порой возникают даже отказы. При низких температурах резиновые уплотнения теряют упругие свойства, и давление на контактной поверхности снижается или его совсем нет. Для многих марок резин контактное давление сохраняет первоначальное значение лишь до –15. –25 °С. Дальнейшее понижение температуры приводит к резкому падению контактного давления, которое при –40. –45 °С полностью исчезает, и тогда появляются наружные утечки масла.

Опыт эксплуатации машин с гидроприводом в условиях Крайнего Севера, в Якутии и на Дальнем Востоке показал, что 60% отказов связано с уплотнениями – часто разрываются гибкие резинометаллические и резинотканевые рукава, особенно в местах соединения с металлическими наконечниками. Дополнительно расходуется не только РЖ, но и дизельное топливо, так как для поддержания в работоспособном состоянии машины с гидроприводом в суровых климатических условиях эксплуатационники не глушат двигатели с ноября по март.

Применение специальных низкотемпературных сортов гидравлических масел и уплотнений не устранило всех трудностей при эксплуатации. Значительное охлаждение вызывает температурные деформации изделий, нарушение посадки и изменение физико-химических свойств применяемых материалов – пластичности, объема, линейных размеров и др. Эта проблема является многофакторной и поэтому технически сложной, ведь работоспособное состояние мобильных машин с гидроприводом должно обеспечиваться в широком диапазоне температур: от –60 °С в Антарктике до более чем +40 °С в районах с сухим тропическим климатом.

При повышении температуры и снижении вязкости гидравлического масла ниже допустимого уровня резко возрастают объемные потери (внутренние перетечки и наружные утечки), происходит непосредственный контакт сопряженных поверхностей трения деталей, локальный нагрев, интенсивный износ и схватывание трущихся поверхностей, что может привести к частичной или полной потере работоспособности оборудования. Поэтому решающим является правильный выбор материалов, из которых изготавливается гидрооборудование, высокая точность сопряжения деталей, марка гидравлических масел, качество уплотнений и рукавов высокого давления.

В объемном гидроприводе мобильных машин основной агрегат гидросистемы – насос, состояние которого влияет на работоспособность всей машины. При эксплуатации на открытом воздухе наибольшее влияние на работоспособность насоса оказывает величина гидравлического сопротивления (потерь давления) во всасывающей магистрали при изменении температуры окружающей среды. Именно из-за снижения давления рабочий объем насоса в процессе всасывания заполняется недостаточно, что зависит в наибольшей мере от вязкости масла, скорости потока, внутреннего диаметра и длины всасывающей магистрали.

Экспериментальными исследованиями установлены пределы работоспособного состояния насосов в зависимости от температуры, на основании которых приведены технически обоснованные рекомендации по применению гидравлических масел (см. таблицу).

На рис. 2 приведены зависимости объемного hn и полного h КПД насосов от изменения температуры гидравлического масла МГ-15В при номинальных значениях давления нагнетания и частоты вращения насосов, из которых следует, что в зоне наиболее низких температур (–55. 40 °С) резко снижается объемный КПД из-за того, что рабочий объем насоса не заполнен маслом по причине чрезмерно высокого гидравлического сопротивления потоку на коротком участке всасывающей магистрали, хотя уровень масла в баке был выше оси насоса примерно на 0,5 м.

На следующем участке графика (от –43 до –35 °С), несмотря на приемлемое значение объемного КПД ( 90%), работа некоторых насосов сопровождается шумом, характерным для явлений кавитации, и пульсацией потока. При интенсивном нагреве масла работа насоса быстро переходит в стабильный режим, что делает его пригодным для длительной эксплуатации.

Шестеренные насосы обеспечивают лучшую прокачиваемость, однако они чувствительны к изменению вязкости и у них меньший температурный диапазон высокого и стабильного КПД, особенно при положительных температурах. У аксиально-поршневых насосов прокачиваемость при низких температурах в период пуска хуже, но они менее чувствительны к изменениям вязкости гидравлического масла и у них более широкий диапазон стабильного и более высокого КПД. В частности, аксиально-поршневые насосы (гидромоторы) 210.20; 310.20; 310.28; 310,56; 310,112 и некоторые другие устойчиво работают при изменении вязкости от 8 до 1200 сСт. Это соответствует температуре гидравлического масла от +60 до –40 °С.

Разные предельные значения вязкости гидравлического масла МГ-15В для разных типов насосов объясняются конструктивными особенностями механизмов. У аксиально-поршневых насосов особенностью является размер и конфигурация всасывающего тракта, зазоры в качающем узле и между блоком цилиндров и распределителем, у шестеренных насосов – зазоры между зубчатыми шестернями с двух сторон и боковыми стенками по периметру корпуса насоса, а также между зубчатыми шестернями, находящимися в зацеплении. По данным заводов-изготовителей, шестеренные насосы типа НШ имеют объемный КПД на дизельном масле 0,92. 0,94, а общий (полный) – 0,83. 0,85. У аксиально-поршневых насосов типа 310 объемный КПД равен 0,95, а общий – 0,91 на гидравлическом масле МГ-15В.

Приведенные на рис. 2 зависимости характерны для разомкнутых гидросистем, в которых бак с рабочей жидкостью установлен выше оси насоса на 0,5 м и более, т. е. существует статический напор во всасывающей гидролинии. Мощность в период пуска должна быть выбрана с запасом в пределах 1,15. 1,4 номинального значения в зависимости от типа установленного насоса.

Наибольшие значения общего КПД аксиально-поршневых насосов типа 210. 310 на гидравлическом масле МГ-15В для многих гидросистем машин соответствуют установившемуся тепловому режиму (от –10 до +55 °С).

Для увеличения предела прокачиваемости РЖ по уровню ее вязкости следует рекомендовать организациям, эксплуатирующим мобильные машины при низких температурах, снижать частоту вращения двигателей внутреннего сгорания для привода насосов, особенно в период пуска. Эксперименты показали, что при снижении частоты вращения пластинчатого насоса на 40% диапазон его устойчивой работы по уровню вязкости РЖ увеличивается от 600. 700 до 2000. 2100 сСт, т. е. примерно втрое.

При уменьшении частоты вращения аксиально-поршневого насоса 11М№5 на 40% диапазон устойчивой работы по уровню вязкости РЖ увеличился в 2,5 раза (от 400 до 1000 сСт), а предел прокачиваемости – вдвое.

Зависимость частоты вращения аксиально-поршневых насосов типа 210 в режиме самовсасывания от вязкости РЖ представлена на рис. 3. Наглядно видна также зависимость подачи насосов от частоты вращения для насосов разных типоразмеров в зависимости от вязкости РЖ. Насосы с меньшим рабочим объемом способны работать при большей частоте вращения. Однако характерное для всех насосов снижение подачи наступает примерно при одинаковом значении кинематической вязкости – 2500. 2600 сСт. Работа всех насосов при вязкости более 2600 сСт происходит с незаполнением рабочих камер насосов и сопряжена с кавитацией.

Длительный рабочий режим для насосов можно создавать только после достижения вязкости РЖ, при которой обеспечивается полное заполнение рабочего объема насоса. Из графика (см. рис. 3) следует, что гидравлическое масло МГ-15В для аксиально-поршневых насосов можно применять как всесезонное в широком диапазоне изменения температуры без предварительного подогрева.

Применение только двух основных сортов гидравлических масел МГ-15В и МГЕ-46В обеспечивает работоспособность и надежную эксплуатацию мобильных машин и сокращает дополнительные затраты, связанные с изготовлением, транспортировкой и хранением большого ассортимента нефтепродуктов, в том числе позволяет уменьшить загрязнение гидросистем при смене сезонных гидравлических масел. Другие марки масел можно применять после официального подтверждения их пригодности изготовителем гидрооборудования или поставщиком, гарантирующим работоспособность и технический ресурс. Необходимо требовать от поставщика гидравлических масел сертификат, удостоверяющий качество.

Заливают гидравлические масла в гидросистему обязательно с помощью фильтрующих устройств с тонкостью очистки 10 мкм. В гидросистемах мобильных машин, длительно эксплуатируемых в условиях холодного климата, не рекомендуется устанавливать фильтры во всасывающей гидролинии: они создают дополнительное сопротивление потоку, и при температуре масла МГ-15В ниже –25. –30 °С в фильтрах с тонкостью фильтрации 25. 40 мкм открываются переливные клапаны и масло поступает на слив в бак гидросистемы. Если есть необходимость применять всасывающие фильтры с переливным клапаном, следует увеличить пропускную способность фильтров не менее трехкратной номинальной подачи насоса. Это позволит также увеличить грязеемкость фильтроэлементов и периодичность их замены.

Эксплуатируя машины с гидроприводом, надо иметь в виду, что при нагретом масле в баке и низкой температуре окружающей среды происходит конденсация влаги из воздуха. Вода может попадать в масло и затем в гидросистему. Наличие воды в гидравлическом масле не только вызывает коррозию, но и резко повышает температуру застывания, поэтому масло следует доставлять расфасованным в герметичную тару, а при доливке масла в бак – исключить возможность попадания воды в гидросистему. При техническом обслуживании эксплуатируемой техники нужно периодически отвинчивать сливные пробки и освобождать бак от накопившейся влаги и механических примесей.

И последний совет: чтобы ускорить подготовку машины к работе и для того, чтобы эффективно эксплуатировать ее при оптимальной температуре, соответствующей наиболее высокому значению общего КПД, следует предусмотреть теплоизоляцию трубопроводов и баков для гидравлического масла.

Оборудование и изделия должны сохранять свои параметры в заданных пределах и сроках в условиях определенного климатического района и способа их размещения. Исполнение изделия должно соответствовать определенному макроклиматическому району. Климатические районы делятся в зависимости от средних ежегодных абсолютных температурных max и min воздуха, относительной влажности и от места расположения района.

Исполнение изделия обусловлено следующими основными климатическими районами:

1) С умеренным климатом “+”40 0 С ¸ “-”45 0 С. Обозначение в шифре “У”.

2) С холодным климатом “-”45 0 С. Обозначение в шифре “ХЛ”.

3) С влажным тропическим t ³20 0 С, относительная влажность 80%. Обозначение в шифре “ТВ”.

4) С сухим тропическим климатом – “ТС”.

5) С тропическим – “Т”.

6) Для всех указанных выше тропических районов на суше. Обозначение “О”.

7) С умеренным морским холодным климатом –“М”.

8) Изделия для работы в тропическом морском климате - “ТМ”.

9) Изделия для работы во всех климатических зонах на суше и на море - “В”.

10) Изделия для работы на судах с неограниченным районом плавания – “ОМ”.

В зависимости от места размещения оборудования при эксплуатации, его изготавливают по следующим категориям:

1) Для работы на открытом воздухе – 1.

2) Для работы в помещениях при отсутствии прямой солнечной радиации осадков – 2.

3) Для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией – 3.

4) При условиях с искусственно регулируемыми климатическими условиями – 4.

5) Для работы в помещениях с повышенной влажностью, шахтах, сквозняках – 5.

При разработке оборудования для определения исходных параметров необходимы сбор статистических данных по эксплуатации аналогов и обследование условий, в которых предлагается использование нового изделия.

Эксплуатация машин в условиях Крайнего Севера ставит их в положение активного и весьма неблагоприятного воздействия климатических факторов, к главнейшим из которых относятся низкие температуры, суточные и годовые перепады этих температур, скорость ветра, влажность и другие. Вследствие неприспособленности стандартной техники к условиям работы при низких температурах, затраты на их эксплуатацию в районах Крайнего Севера в 2-6 раз больше, чем в средней полосе. Климат на территории СНГ от субтропического до арктического. Площадь территории СНГ, где преимущественно температура зимой ниже “-” 20 0 С с учетом скорости ветра составляет 60%.

Как показывает практика частота отказов машин зависит от амплитуды колебания воздуха. Чем больше амплитуда, тем чаще отказы. Повышенная влажность в сочетании с отрицательными температурами неблагоприятно влияет на надежность работы механизмов. Отказы машин и оборудования, в основе проявления которых лежит воздействие низких температур на материалы деталей машин, называют низкотемпературными отказами. Низкие температуры оказывают значительное влияние на все элементы надежности машин: безотказность, работоспособность, долговечность, ремонтопригодность.

1) Снижают ударную вязкость металла.

2) Способствуют отвердению и охрупчиванию полимерных материалов.

3) Снижают смазочные свойства масел и консистентных смазок.

4) Способствуют замерзанию конденсата.

5) Способствуют застыванию дизельного топлива.

6) Затрудняют пуск ДВС.

7) Способствуют попаданию снега в механизмы и обледенению.

Определение основных причин, вызывающих снижение работоспособности машин при низких температурах, позволяет наметить эффективные методы повышения хладостойкости. К ним относятся:

Под эксплуатационными понимаются такие методы, которые не требуют каких либо изменений в конструкции и осуществляются при эксплуатации машины. К ним относятся:

1) Применение легковоспламеняющихся пусковых жидкостей, северных сортов бензина и дизельного топлива.

2) Применение маловязких низкотемпературных сортов масел и технических жидкостей.

3) Применение низкотемпературных охлаждающих жидкостей.

4) Регулярный слив конденсата трубопроводов пневмосистем.

5) Очистка открытых узлов и механизмов от снега и льда.

6) Строгое выполнение технических условий и ППР.

Налбандов В.Л. “Работоспособность оборудования в условиях Крайнего Севера”.

Чичеров Л.Г., Молчанов Г.В. “Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования”.

В статье приведен анализ условий работы лесозаготовительной техники в районах Республики Коми, по результатам которого можно сделать вывод, что тяжелые погодные условия особенно большое влияние оказывают на эксплуатацию лесных тракторов, оснащенных гидравлическим оборудованием. Помимо функции энергоносителя рабочая жидкость в гидравлической системе обеспечивает смазку трущихся поверхностей гидравлических агрегатов. Для того, чтобы жидкость обеспечивала требуемую надежность и долговечность работы системы, она должна обладать соответствующими эксплуатационными свойствами и удовлетворять предъявленным требованиям. Поэтому для обеспечения нормальных условий эксплуатации гидравлических систем необходимо предусмотреть комплекс мероприятий, позволяющий уменьшить время прогрева системы и обеспечить режим при работе на холостом ходу, а также нормальную работу при различных нагрузочных режимах.

1. Башта Т.Н. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. – М.: Машиностроение, 1974. – 258 с.

2. Беленков Ю.А. Надежность объемных гидроприводов и их элементов. – М.: Машиностроение, 1977. – 166 с.

3. Бурмистров В.А., Павлов А.И.. Исследование влияния отрицательных температур на изменение показателей гидравлических систем. Сборник научных трудов: материалы научно- технической конференции (17–20 апреля 2012 г.): в 3 ч.; ч. II / под ред. Н.Д. Цхадая. – Ухта: УГТУ, 2012. – С. 119–123.

4. Волков В.Н. Исследование работы гидравлических систем тракторов в условиях эксплуатации их при низких температурах в районах Коми АССР / В.Н. Волков, Г.П. Дроздовский, В.П. Подоплелов. – Коми филиал АН СССР: Сыктывкар, 1977.

Особенности природных условий Республики Коми заключаются в большей, по сравнению с другими областями Европейского Севера, суровости климата, в наличии вечной мерзлоты, в широкой заболоченности местности, труднодоступности многих районов из-за слабо развитой системы транспортных связей.

Положение Республики Коми в высоких широтах и на окраине обширного материка обусловило важнейшие особенности климата на территории республики. Продолжительность дня изменяется от 0 часов до 18,5 летом на Крайнем Севере и от 6 часов до 18,5 летом на юге.

На климаты отдельных частей республики значительное влияние оказывают горные поднятия Урала, Тиммана и Северных увалов. Но в основном вследствие обширности территории изменения климата на ней подчинены закономерностям широкой зональности. В табл. 1 содержатся средние показатели некоторых климатических параметров на территории Республики Коми.

Климатические параметры районов

Высота над уровн. моря

Средняя температура воздуха (в, °С)

Годовое к-во осадков, мм

Климат Республики Коми характеризуется продолжительной суровой зимой с преобладанием ясной и безветренной погоды, коротким, умеренно теплым дождливым летом, короткой весной и осенью с неустойчивой ветреной погодой, быстрыми и частыми сменами температур и большим количеством выпадающих осадков. Если за условную границу перехода от зимы к весне и от осени к зиме принять дни со среднесуточной температурой –5 °С, а от весны к лету и от лета к осени с температурой +10 °С, то продолжительность сезонов характеризуется следующим количеством дней (табл. 2).

Количество выпадающих осадков примерно равномерно распределено по районам, видам осадков и сезонам (табл. 3).

Количество осадков по республике

Количество осадков, мм

Примечание . * – х в числителе средняя, в знаменателе наибольшая.

Тяжелые погодные условия особенно большое влияние оказывают на эксплуатацию лесных тракторов, оснащенных гидравлическим оборудованием. Три четверти парка лесных машин в течение от 7 до 9 месяцев в году эксплуатируются в условиях низких температур, сильных ветров, при сокращенном световом времени суток, при наличии снежного покрова. Основная часть лесозаготовительной техники, оснащенной гидравлическим оборудованием, рассчитана на надежную и эффективную работу при температуре окружающего воздуха не ниже –20 °С. При понижении температуры ниже –20 °С эксплуатация механизмов усложняется и возникает потребность в их дополнительном оборудовании; а также обязательном обеспечении специальными зимними сортами топлива, смазок и гидравлических жидкостей.

Из анализа условий работы лесозаготовительной техники в районах Республики Коми следует, что все его механизмы и гидравлическая система для сохранения своей работоспособности должны:

– обеспечить возможность запуска и непродолжительного прогрева гидравлической системы, с последующей эффективной работой при температуре до –50 °С;

– гидравлическая система должна быть высоконадежной, т.к. в зимний период возникает сложность устранения отказов в процессе эксплуатации.

В качестве жидкостей для гидросистем в настоящее время используются как продукты из нефти, так и синтетические вещества. Для того, чтобы жидкость обеспечивала требуемую надежность и долговечность работы системы, она должна обладать соответствующими эксплуатационными свойствами и удовлетворять предъявленным требованиям, а они определяются условиями, в которых жидкость должна работать.

В гидросистемах зарубежных тракторов в большинстве случаев применяются всесезонные маловязкие масла, срок службы которых обеспечивает нормальную работу гидросистемы в течение всего срока службы трактора 6–8 лет почти без доливок.

Анализ физико-химических свойств гидравлических жидкостей, применяющихся в гидросистемах зарубежной техники, показывает, что они обладают хорошими вязкостно-температурными свойствами. Из отечественных гидравлических жидкостей по своим свойствам наиболее подходит АМГ-10, но при достижении температуры +50–60 °С вязкость этого масла резко уменьшается, в результате чего увеличивается утечка, падает кпд насоса, ухудшаются условия смазки трущихся поверхностей.

Для правильного выбора рабочих жидкостей необходимо учитывать их вязкостно-температурную зависимость. Существуют разные мнения о верхней границе вязкости рабочих жидкостей, при которых обеспечивается работоспособность без нарушения смазывающей способности масел и без разрыва сплошности, которая лежит в пределах 2000–5000 сст. Допустимые температурные пределы применения рабочих жидкостей различных марок лежат в широком диапазоне, при этом некоторые масла не удовлетворяют требованиям эксплуатации гидропривода. Например, в инструкциях по обслуживанию машин и в технической литературе рекомендуется использовать в качестве рабочей жидкости при низкой температуре окружающего воздуха трансформаторное масло, однако оно не обладает хорошими смазывающими свойствами, а потому этот недостаток приводит к интенсивному изнашиванию сопрягаемых поверхностей.

Масла АМГ-10, АУП и МГ-20 имеют более высокую очистку и лучшие эксплуатационные качества, поэтому их рекомендуют как основные масла при эксплуатации в условиях низких температур. Но АМГ-10, АМГ, МГ-20 дефицитны и имеют высокую стоимость, в силу этого для гидроприводов тракторов они фактически применяются редко.

Наиболее часто применяются дешевые индустриальные масла ИС-12, ДП-8 и ДС-8, которые при низких температурах окружающего воздуха (–20. –30 °С) имеют вязкость, превышающую 5000 сст.

Как известно, в гидравлической системе рабочая жидкость, кроме функции энергоносителя, обеспечивает также смазку трущихся поверхностей гидравлических агрегатов. Поэтому к ней предъявляются требования, чтобы обеспечить на поверхности трущихся деталей прочные и устойчивые масляные пленки, исключающие возникновение сухого трения.

Однако сохранить первоначальные механические и физические свойства рабочих жидкостей при эксплуатации в условиях отрицательных температур практически не удается. Вопрос о том, какую вязкость масла следует выбирать, не может быть решен однозначно. Необходимо принимать во внимание большое число факторов. Одним из них является оценка пригодности масла для зимних условий работы гидропривода. Эталон здесь обычно служит температура застывания. Однако следует иметь в виду, что данный показатель весьма условен. Установленная ГОСТом температура застывания не является показателем текучести масла. При прокачивании по системам и каналам механизмов масло теряет текучесть при температуре на 8–12 °С выше температуры застывания, особенно это показательно в каналах малого диаметра (обычно 10–16 мм). Нижний температурный предел работоспособности масел, применяемых в гидросистемах, согласно работе Т.М. Башта должен быть на (10–17 °С) выше температуры застывания. Однако при этом не оговаривается, каким должно быть при этом максимально допустимое давление в системе [1].

При выборе масла для зимних условий необходимо учитывать, что на прокачиваемость масла влияют не только рабочее давление, создаваемое насосом, а и общее гидравлическое сопротивление в трубопроводах и узлах гидросистемы.

По данным [4] при увеличении давления до 100 кгс/см2 вязкость минеральных масел увеличивается на 13–18 %. Влияние температуры на вязкость масла можно определить, воспользовавшись уравнением

где V_t – коэффициент кинематической вязкости; n – коэффициент, учитывающий вид жидкости; t – температура рабочей жидкости.

Данная формула пригодна для температурного предела с температурой +50. +100 °С.

Как известно, минеральные масла при низких температурах обладают рядом особенностей. При низких температурах течение минеральных масел может не подчиняться законам Ньютона, т.е. возникают аномальные вязкости, и такие жидкости можно назвать неньютоновскими.

Для ньютоновских жидкостей график зависимости скорости сдвига от направления сдвига проходит через начало координат, т.е. деформации в жидкости наступают даже при бесконечно малых напряжениях. На основании закона Ньютона касательное напряжение τc равно

где μ – коэффициент динамичной вязкости; ч – радиус трубопровода; V – скорость.

При аномальном течении неньютоновских жидкостей, которые могут появиться при температурах, близких к температуре застывания, они могут двигаться только после того, как касательные напряжения могут больше предельного напряжения сдвига. В этом случае в формулу, выражающую зависимость касательного напряжения, необходимо включить предельное напряжение сдвига τ₀.

Изменение реологических особенностей свойств жидкости при низких температурах значительно усложняет аналитическое исследование законов течения жидкостей по трубам, к ним нельзя применять обычные формулы гидродинамики.

График изменения вязкости минеральных масел в зависимости от температуры

Для обеспечения нормальных условий эксплуатации гидравлических систем необходимо предусмотреть комплекс мероприятий, позволяющий уменьшить время прогрева системы и обеспечить режим при работе на холостом ходу, а также нормальную работу при различных нагрузочных режимах.

Рецензенты:

Читайте также: