Влияние температуры рабочей жидкости на работоспособность и эффективность гидросистем

Как известно гидравлические системы эксплуатируются в широком интервале температур окружающей среды: от -40°С (самоходные машины в условиях Сибири и Крайнего Севера) до +70°С (технологическое оборудование металлургических производств). Так как нормальной температурой рабочей жидкости считается температура в пределах от 20 до 50°С, то эксплуатация гидросистем при экстремальных температурах вызывает ряд конструктивных, технологических и эксплуатационных трудностей. На рисунке авторами представлена классификация последствий влияния температуры рабочей жидкости на работоспособность и эффективность гидросистем.

При низких температурах снижается эластичная восстанавливаемость резины, проявляется остаточная деформация, что приводит к уменьшению контактных давлений [2] и частичной или полной потере геометрии, появляется хрупкость и ломкость резины, приводящие к выходу из строя уплотнений и рукавов высокого и низкого давления. В результате снижается долговечность уплотнений и рукавов. 

В результате воздействий высоких температур существенно возрастает эластичность резиновых уплотнений и рукавов, что отрицательно влияет на их упругость и снижает стойкость к воздействию гидравлического давления. При достаточно высоких температурах происходит коксование резины и возникают остаточные деформации. Срок службы РТИ резко сокращается.

Состояние рабочей жидкости существенно зависит от температуры. При низких температурах резко повышается вязкость, в результате чего ухудшается фильтрация, происходит выпадение парафинов и других низкотемпературных отложений [1].

Воздействие высоких температур оказывает влияние на понижение вязкости рабочей жидкости, что влечет за собой ухудшение смазывающей способности. Происходят необратимые химические процессы: коксование и повышение зольности. При высоких температурах и, особенно когда в масле присутствует вода, резко повышаются кислотное число и скорость окислительных процессов  и, как следствие, ускоряется процесс старения масла.

В результате повышения или снижения вязкости рабочей жидкости соответственно изменяются выходные параметры гидросистем. Повышение вязкости приводит к ухудшению текучести масла, увеличению сил трения о стенки трубопроводов, повышению путевых потерь давления, что вызывает снижение скоростей движения штока гидроцилиндра и вращения вала гидромотора. Как следствие происходит увеличение длительности технологических циклов. Повышение вязкости рабочей жидкости приводит к ухудшению динамики гидросистемы.

При повышении температуры и снижении вязкости рабочей жидкости, уменьшаются перепады давления на дросселирующих элементах, снижаются силы трения, и потери давления в трубопроводах, что приводит к увеличению скоростей движения штоков гидроцилиндров и валов гидромоторов. Это вызывает уменьшение времени технологического цикла. Кроме того, имеет место «жесткий» реверс исполнительных механизмов. Уменьшение и увеличение скоростей рабочих органов отрицательно сказывается на работе гидрофицированной машины в целом, особенно, если она является частью автоматической линии.

При понижении или повышении температуры снижается работоспособность гидросистемы в целом. При низких температурах и повышенной вязкости рабочей жидкости проявляется затрудненный пуск насоса из–за плохой "прокачиваемости" масла по каналам гидроаппаратуры и трубопроводов и, как следствие, резко возрастает энергопотребление в первые минуты и даже часы работы гидросистемы. Из–за увеличения общих потерь давления, происходит уменьшение объемного КПД и повышение местных давлений рабочей жидкости. В результате повышения вязкости масла ухудшаются условия смазывания гидроагрегатов из–за "непродавливания" масла в узкие кольцевые зазоры, в результате чего снижается долговечность гидроаппаратуры.

С увеличением температуры и уменьшением вязкости рабочей жидкости увеличивается объемное количество наружных утечек по стыкам и соединениям гидроаппаратуры, увеличиваются внутренние перетечки, что ведет к уменьшению перепадов давления на дросселирующих элементах и, в конечном итоге, к общему падению давления в гидросистеме. Снижение смазывающей способности масла ведет к уменьшению толщины масленой пленки и повышенному износу гидроаппаратуры, который может быть более интенсивным в результате возникающих тепловых деформаций корпусов и внутренних элементов гидроагрегатов.

Следовательно режим работы гидравлических систем не должен выходить за пределы диапазона температур от +15ºС до +50ºС и кратковременно до +70ºС.

1. Каверзин С.В., Лебедев В.П., Сорокин Е.А. Обеспечение работоспособности гидравлического привода при низких температурах. Красноярск, Офсет, 1998, с.238.

 2. Овандер В.Б. Современные уплотнения  гидропневмосистем  металлообрабатывающего  оборудования и промышленных роботов. Обзор, М., НИИмаш, 1982, с.44.