Фізичні властивості рідин

Робочій рідині, як енергоносію властиві певні фізичні величини.

Питома вага [кгс/м³]– відношення ваги рідини до її об’єму

, (3.1)

де - вага рідини; - об’єм рідини.

Щільність[кг/м³]– відношення маси рідини до її об’єму

, (3.2)

де - маса рідини.

У гідроприводі використовуються робочі рідини щільністю 830-950 кг/м³. Для практичних розрахунків можна прийняти ρ=900 кг/м³.

Питома вага та щільність зв’язані залежністю

, (3.3)

де g - прискорення вільного падіння (g=9,81 м/с²).

Оскільки, робоча рідина у гідравлічному приводі є енергоносієм то відповідно від її фізичних властивостей залежить функціонування гідроприводу в цілому. Від величини значення щільності залежить режим руху рідини по трубопроводу, місцеві втрати, перепад тиску на гідроапаратах. Щільність робочої рідини залежить від температури та тиску. Залежність щільності рідини від температури виражаютькоефіцієнтом температурного розширення β_Т , який визначається відношенням зміни об’єму від V₁ до V₂ у разі нагрівання цього об’єму від Т₁ до T₂,

, (3.4)

переважно β_Т = 0,8∙10^-3 …0,6∙10^-3 , 1/К, та коефіцієнтом об’ємного стисканняβ_Р (м²/Н), який визначається відношенням зміни об’єму до зміни тиску рідини

, (3.5)

переважно β_Р = 74∙10^-11 … 54∙10^-11, м²/Н.

Тоді щільність рідини з урахуванням дії на неї тиску та температури буде визначатись

, (3.6)

де ρ₀ – початкова щільність рідини.

В’язкість– здатність рідини чинити опір переміщенню одних шарів рідини відносно інших (внутрішнє тертя), і визначає втрати енергії рідини при протікання по трубопроводах та елементах гідроприводу.

Рис.3.1. Розподіл швидкості між шарами рідини

Сила тертя між двома сусідніми шарами (рис.3.1.)

, (3.7)

де μ-коефіцієнт пропорційності названий динамічною в’язкістю рідини, Па·с; dυ – приріст швидкості на відповідному прирості координати (dy); - відносний зсув; ΔS– площа поверхні дотику шарів.

Дотичне напруження у разі відносного переміщення шарів

= і тоді . (3.8)

а	б
Рис. 3.2.Залежність кінематичної в’язкості від температури (а) та тиску (б).

Поряд з динамічною в’язкістю користуються поняттям кінематичної в’язкості (ν) яка вимірюється у м²/с або мм²/с та визначається

. (3.9)

В’язкість рідини змінюється в залежності від температури (рис.3.2,а) та тиску (рис.3.2,б), яка виражається наступними емпіричними залежностями

і , (3.10)

де Т₀ і Т- початкова та кінцева температура рідини; Р₀ і Р- початковий та кінцевий тиск рідини; і -емпіричні коефіцієнти: =0,02 ... 0,03; =0,002...0,003.

Суттєве значення на експлуатаційні характеристики мінеральної оливи має залежність в’язкості від температури, для оцінки цієї залежності введено параметр індекс в’язкості:

. (3.11)

Переважно для мінеральних олив i_ν=0,06...0,02, і чим менше i_νтим менша залежність в’язкості від температури.

Суттєве значення для працездатності гідроприводу має вибір в’язкості робочої рідини. За умови занадто низької в’язкості зростають втрати рідини, погіршується захист від зношування поверхні що труться, але разом з тим знижуються втрати тиску та потужності. За умови занадто високої в’язкості зростає внутрішнє тертя у рідині, що приводить до нагріву рідини та втратам потужності. В’язкість робочої рідини вибирають в залежності від тиску рідини, типу гідронасоса та гідродвигунів, а також швидкодії гідроприводу. Переважно у машинобудівному гідроприводі використовують оливи в’язкістю 30...35 мм²/с.

Експлуатаційні вимоги до робочих рідин:

- здатність передавати тиск;

- здійснювати змащення елементів пристроїв та механізмів, які переміщуються;

- мати здатність відводити тепло, яке виділяється в результаті перетворення енергії (втрати тиску);

- забезпечувати демпфірування коливань, викликаних гідравлічними ударами;

- забезпечувати антикорозійний захист;

- виносити з зон тертя продукти зношування;

- бути стійкими до окислення , виділення парів, газів та смол;

- не містити включень, які могли б порушити роботу гідропривода;

- мінімальна щільність;

- незначна стискуваність;

- відповідність в’язкості температурі та тиску робочої рідини у гідроприводі;

- стійкість до старіння;

- слабка займистість;

- сумісність з іншими матеріалами гідроприводу;

- відсутність піноутворення;

- морозостійкість;

- бути безпечними у експлуатації.

Крім того, робоча рідини не повинна змінювати своїх початкових властивостей підчас зберігання та експлуатації.

Завод-виготівник робочої рідини вказує, для якого типу гідроприводу рекомендоване її застосування.

Робоча рідина підлягає заміні у випадку коли хоча б один з вказаних у технічній характеристиці показників зміниться більше ніж на 20%, аналіз олії необхідно проводити через 700...1000 годин експлуатації гідроприводу. Переважно тривалість експлуатації робочих рідин у гідроприводі на основі мінеральних олій становить 0,5...20 тис.годин

Переважно у гідроприводах металорізальних верстатів використовується вітчизняні оливи [21,34]: індустріальна олива (ρ=890...900 кг/м³,ν=від 5 до 100 мм²/с) , веретенна олива (ρ≈ 900 кг/м³, ν≈10 мм²/с), турбінна олива (ρ=900 кг/м³, ν≈ 20 мм²/с)

Згідно стандартам DIN 51524 та 51525 робочі рідини для гідроприводу діляться на три класи: HL, HLP та HV.

3.1. Класи робочих рідин

Умовне позначення олії відповідно стандарту DIN 51517 ( клас в’язкості за стандартом ISO) включає буквене та числове позначення.

3.2. Умовне позначення робочої рідини