Фактори за оптимален избор на хидравлично масло

Инструменти, материалиСп. Инженеринг ревю - брой 2/2021 • 21.04.2021

  • Изборът на хидравлично масло и високата степен на неговата чистота са двата основни фактора, способстващи за ефективността и дълготрайността на активите

  • Свеждането на замърсяванията в допустимите граници предотвратява деградирането на маслата и оптимизира технологичните показатели

  • Кои характеристики, фактори и съображения трябва да се вземат предвид за прецизен избор на смазочен флуид?

 

По-голямата част от погрешно специфицираните смазочни флуиди не водят до незабавна катастрофална повреда на оборудването, но се отразяват на производителността с течение на времето, като съкращават средната продължителност на експлоатация на смазваните компоненти и по този начин деградивните процеси остават незабелязани до момента, в който възникне повредата.

 

Основни характеристики на маслата

При хидравличното масло има две основополагащи съображения, които трябва задължително да се разгледат, преди да се направи избор – вискозитетът и типът на продукта. Хидравличните масла имат важна функционална роля в хидравлични задвижвания, хидродинамични предавки, хидравлични механизми и хидравлични системи за предаване на механичната енергия. Същевременно те смазват, охлаждат и защитават от корозия елементите на механичната система. Класификацията на хидравличните масла се основава на кинематичния им вискозитет при 40°С и е свързана с присъствието на присадки, определящи функционалните свойства на маслото.

Тези специфики обикновено се определят от модела на хидравлична помпа, с която работи хидравличната система, работната температура и работното налягане.

Това са основните фактори, но те съвсем не изчерпват списъка с параметрите, които са от значение за оптималния избор.

Типът базово масло, консистентната грижа за качеството на маслото и неговите производствени характеристики оказват съществено влияние върху поддръжката и функционалността на смазваните компоненти. Изискванията на системата спрямо тези елементи могат да варират в широки граници в зависимост от условията на работната среда, типа оборудване и още редица други променливи характеристики. Целта е цялата налична информация да бъде събрана и проучена, за да се дефинира кой ще бъде най-подходящият смазочен продукт.

Базовите масла служат като изходна основа, на базата на която се произвеждат специализираните смазочни продукти, моторни масла и охлаждащи течности за металообработка и др. Отделните продукти имат различен състав, който на свой ред придава специфични свойства на маслото. Това дали даден сорт нефт е подходящ за производството на базово масло, се определя от концентрацията на молекулите на базовото масло, както и от това колко лесно те могат да бъдат извлечени. Базовите масла се произвеждат чрез рафиниране на нефт.

 

Чистота и поддръжка на маслото

За да се постигнат реални резултати от избора на подходящо масло за критичната за производството механизация, фактор от първостепенна важност е планирането на необходимите грижи за запазване на качеството и чистотата на маслото. Доказано е, че 80% от механичните повреди се дължат на замърсяване на хидравличната система. Предлагат се редица средства, улесняващи контрола на качеството при транспортиране, правилното съхранение, филтриране и зареждане на хидравлично масло.

Навлизането на външни замърсявания и филтрирането на маслото при доставката или съхранението му може лесно да се осъществи посредством филтърен агрегат директно чрез бързи връзки и към съд за филтриране, като по този начин то се предпази от съприкосновение с влажния и замърсен околен въздух. Постъпването на сух пречистен въздух в съда може да се осигури в необходимото количество и степента на пречистване чрез филтър-дихатели, които улавят влагата и частиците замърсители, преди да пропуснат въздуха към системата.

Чрез специални адаптери към оборудването може да се свърже филтрираща система, която ефективно да отстрани вече попаднали замърсители, като източи маслото от редуктори, хидравлични резервоари и др. Циркулационните филтърни системи например завъртат маслото в офлайн режим, като така могат да уловят частици с големина і0,5 mm, както и отлагания.

Правилното съхранение е друга съществена предпоставка за добрата грижа за маслото. Възможността за оптимално подреждане на контейнерите за съхранение на масло дава редица предимства при контролирането на замърсяването, тъй като отделната филтрация на всеки контейнер е гарант за избягване на кръстосано замърсяване. Ако съдовете същевременно са снабдени и с филтър-дихатели, това предотвратява проникването на замърсявания и вода чрез въздуха.

За целите на следенето на състоянието на маслото, задължителните минимални грижи изискват провеждането на регулярни визуални инспекции. Трябва да се планира разполагането на прозрачни индикатори за наблюдение, които да позволяват да се проследяват промени в цвета и бистротата на маслото, както и натрупването на вода и други замърсители, когато се проверява нивото на маслото в резервоара. Също така е добре да се предвидят точки за монтиране на сонди за опробване така, че да може да се вземат представителни проби за лабораторен анализ на състава на маслото, които ще разкрият проблеми, невидими за окото, без да се допуска внасянето на външни замърсители при тази операция.

 

Помпи и изисквания за вискозитет

Определящ критерий за избора на масло е типът конструкция на маслената помпа и нейните изисквания за вискозитет на маслото. Три са основните типа помпи в хидравличната система: пластинкови, бутални и зъбни (вътрешни и външни). Всяка от тези конструкции на помпите служи за изпълнение на определени операции. Изборът на масло трябва да се прецизира според конкретния случай.

Пластинковата помпа се състои от ротори с канали, монтирани към вал, който извършва ексцентрично ротационно движение към разпределителен пръстен. При въртенето на роторите и пластините, последните се износват вследствие на контакта между повърхностите.

Поради тази причина поддръжката на тези помпи е по-скъпа, но за сметка на това те се характеризират с много добро регулиране на поток с постоянно налягане.

Вискозитетът на маслото при пластинковите помпи обикновено се изисква да е в диапазона от 14 до 160 сантистокса (cSt) при съответната работна температура.

Буталните помпи са най-широко разпространеният тип хидравлични помпи. Конструкцията им е по-издръжлива в сравнение с тази на пластинковите. Те имат капацитет да създадат по-високо работно налягане на флуида, достигащо до 400 бара (6000 psi). Обичайно вискозитетът на хидравличния продукт, използван в буталните помпи е от порядъка на 10 до 160 сантистокса при съответната работна температура.

Зъбните помпи обикновено са най-неефективните от трите типа, но за сметка на това те имат най-висок праг на толерантност спрямо постъпване на замърсявания.

При движението на зъбните колела в камерите, образувани в корпуса, се създава високо налягане вследствие на изменения обем на камерите. Нагнетеният флуид постъпва към изходящия отвор на машината.

Зъбните помпи с вътрешно зацепване могат да работят с масла от широк диапазон на вискозитета до 2200 сантистокса. Този тип помпи демонстрират висока ефективност и работят тихо, като могат да създадат налягане от 206 бара (3000 psi) до 240 бара (3500 psi).

Помпите с външно зацепване са по-малко ефективни от тези с вътрешно, но имат някои предимства. При тях поддръжката е улеснена, те осигуряват постоянен поток и изискват по-малко разходи за закупуване и ремонт. Както при помпите с вътрешно зацепване, тези с външно могат да генерират налягане в диапазона от 206 бара до 240 бара, но работят с масла с вискозитет не по-висок от 300 сантистокса.

 

Функции на хидравличното масло

Маслото способства по няколко начина за безпроблемната работа на оборудването. То може да функционира като среда за пренос на топлина и охлаждане, средство за трансформиране на мощност, както и средство за смазване и намаляване на триенето на контактни повърхности и компоненти на машината.

Химичният състав на хидравличното масло може да бъде много разнообразен в зависимост от специфичното приложение, за което ще се използва. То може да е с изцяло синтетичен произход (когато става дума за контрол на температури и налягания, достигащи екстремни гранични стойности и намаляване на степента на окисляване) до течности на водна основа, използвани в приложения при риск от пожар.

Молекулните вериги на изцяло синтетичния флуид са създадени изкуствено с точно определена структура, която осигурява отлична стабилност на флуида, безупречни смазочни качества и други преимуществени характеристики, които повишават производителността на оборудването. Този тип масла са подходящи за приложения с крайни температурни промени или наличие на високо налягане. Все пак те имат и някои недостатъци. Тъй като синтезът на масла е комплексен и сложен процес, те се предлагат на доста по-висока цена, могат да бъдат токсични и потенциално несъвместими с някои определени уплътнителни материали.

Маслата на петролна основа са по-често предлаганите, като те се произвеждат чрез рафиниране на нефт до чистотата, необходима за постигане на желаните характеристики на смазочния продукт. В състава им влизат и добавки, които могат да подобряват противоизносващите свойства на маслото, могат да действат като инхибитори на окисляването и подобрители на вискозитета. Тези масла са по-бюджетната алтернатива на синтетичните, като качествените рафинирани минерални масла могат да демонстрират отлични характеристики благодарение на добрата комбинация от подходящи добавки.

Продуктите на водна основа са с най-ограничено разпространение. Тези масла обикновено са необходими при пожароопасни приложения. Те са по-скъпи от минералните масла, но по-евтини от синтетичните. Въпреки че предлагат надеждна противопожарна защита, свойствата им за защита от износване не са добри.

 

Избор на масло въз основа на приложението

Спецификациите, определени в стандарт DIN 51524, представляват минималните изисквания към състава на хидравличните масла. Съответните минимални изисквания се отнасят до деемулгиращата способност, нивото на чистота, свойството за отделяне на въздух и филтруемост. Освен това е важно да се спази съответният клас на вискозитета и промяната на вискозитета с покачването на работната температура. Следователно хидравличните масла са съставени от висококачествени базови масла и в зависимост от приложението, различни добавки.

Съгласно класификацията на DIN 51524 хидравличните масла се обозначават с латински букви с начална “H”, като по този начин улесняват потребителя да се ориентира какъв продукт да избере. HL са масла, които се използват за зашита от окисляване и корозия, HLP – служат срещу окисляване, корозия, но имат и добавки против износване; HVLP са масла, стандартизирани по DIN 51524-3, VI е притежават по-добър вискозитет/температурна устойчивост, имат предимства в приложения при гранични температури, променливи работни температури, работна температура около -35°C до +120°C и т.н.

Подходящата комбинация от висококачествени базови масла и внимателно подбрани добавки позволяват на маслото да се справи с предизвикателствата на различните приложения, като например компактни размери на оборудването с малки обеми масло, високо работно налягане, подобрена повърхностна обработка и специални температурни условия. Качественото масло дава надеждна защита срещу износване и корозия и посредством реализиране на подобрено предаване на мощността постига икономия на енергия и повишена ефективност.

Освен изброените свойства маслата от висок клас способстват за отделянето на въздух и нямат склонност към разпенване, имат способността да отделят водата и осигуряват отлична защита от износване. Те освен това трябва да проявяват висока стабилност на окисляване при покачване на температурата и устойчивост на корозия.

За избора на най-подходящото масло за едно приложение важен фактор е определянето на способността за филтриране на маслото – неговата филтруемост.

Определя се максимално допустимата степен на замърсяване за дадените компоненти, т.нар. ниво на чистота. Нивото на чистота е показател за това колко внимателно е доставено и заредено маслото. Ако използваното масло не отговаря на изискванията за чистота, съществува риск от негативни ефекти върху функцията и производителността, но също така и върху експлоатационния живот на компонентите. Възможните последици варират от износване и отлагания до пълна функционална повреда. Примесите представляват огромна опасност за функцията на уплътненията и контролните клапани. Чрез подобряване на чистотата на маслото или намаляване на съдържанието на частици може да се постигне значително удължаване на живота на компонентите.

Конкретното приложение е един от най-важните фактори при избора на подходящо хидравлично масло, за да се удовлетворят изискванията за нормално опериране на механичната система, която продуктът ще обслужва, нейното правилно функциониране и дълготрайност на актива. При избора е много важно да се определят какви са нужните характеристики за системата – вискозитет, добавки, работни параметри и т.н.

Например в машина, която е изложена на условия с повишена влажност и запрашаване, могат лесно да попаднат замърсители като твърди частици и това на свой ред да предизвика теч на масло. Ако машината не е с критична важност за производството, не е необходимо да се закупува най-скъпият смазочен продукт с най-добрия пакет добавки в него поради свързаните с това разходи за подмяна и поддръжка, които производителността на машината не може да оправдае.

От друга страна, за една критична система, изискваща високи нива на чистота на флуида и работеща при постоянно натоварване с пълния си капацитет, се прилага много щателен режим на поддръжка и обслужване. В този случай много по-голяма стойност за производството би донесло влагането на средства във висококачествен рафиниран продукт с добавки против износване на компонентите и окисляване или още по-добре – в синтетично масло.

Що се отнася до вискозитета на хидравличното масло, той трябва да се определи според типа помпа. Продукт с неподходящ вискозитет за дадено приложение драстично ще намали средната продължителност на експлоатационния живот на помпата и системата и ще компрометира тяхната надеждност и капацитет.

Най-добрият подход по отношение на вискозитета е да се търси продуктът със спецификация, съвпадаща с изискваната за дадената помпа. За целта трябва да се направи справка с информацията, предоставена от производителя на помпата – реалната работна температура на помпата и свойствата на смазката, посочени в системата за класификация по ISO при 40°С и 100°С, т.е. правилният ред на действие изисква да се провери работната температура на помпата, за да се види дали тя попада в диапазона, който покрива въпросният смазочен продукт.

От изложеното до тук става ясно, че изборът на подходящо хидравлично масло за дадено приложение не е трудна задача, но изисква време за проучване на приложението, предвиждане на разходите за консуматива според критичността на оборудването и вземане на решение. Доброто предварително проучване на необходимите ресурси и планиране на подхода в грижите за даден актив според неговата критичност за производството дават ясна представа за резултата, който собственикът на оборудването иска да постигне, което от своя страна дефинира избора много конкретно, без да оставя поле за колебания.

 

Top