FUNKCJE I WŁASNOŚCI CIECZY HYDRAULICZNYCH
Schemat prostej instalacji hydraulicznej pokazano na rys. 1. Jej podstawowe zespoły stanowią zbiornik (1) zawierający niezbędny zapas cieczy hydraulicznej, pompa hydrauliczna (2) zasilająca instalację cieczą roboczą o określonym ciśnieniu, rozdzielacze (4) kierujące okresowo ciecz roboczą do odpowiednich zespołów oraz umożliwiające wypływ cieczy z niepracujących przestrzeni, silniki hydrauliczne (6) przekształcające energię ciśnienia w pracę mechaniczną- napęd mechanizmów wykonawczych.
Oprócz zespołów podstawowych instalacje hydrauliczne w zależności od stopnia złożoności i przeznaczenia zawierają akumulatory hydrauliczne, zawory hydrauliczne, wzmacniacze hydrauliczne, filtry do oczyszczania cieczy, przekaźniki czasowe i ciśnieniowe itd.
Rys. 1. Schemat prostego układu hydraulicznego: l - zbiornik cieczy hydraulicznej. 2 - pompa, 3 - zawór nadmiarowy, 4 - rozdzielacz, 5 - filtr, 6 -jednostka wykonawcza (silnik hydrauliczny lub siłownik hydrauliczny)
Ciecz hydrauliczna przekazuje energię z napędu hydraulicznego (najczęściej pompy hydraulicznej) do odbiorników takich, jak siłowniki i silniki hydrauliczne. Oznacza to ruch elementów układu hydraulicznego oraz wydzielanie ciepła. Zatem ciecz robocza w układach hydraulicznych powinna spełniać takie funkcje podstawowe, jak:
- przenoszenie energii i sygnałów,
- uszczelnianie układu,
- smarowanie par tarciowych,
- odprowadzanie ciepła.
Do tych funkcji podstawowych można dodać kolejne zadania związane z zachowaniem spełnienia funkcji podstawowych w czasie użytkowania, a więc:
- ochronę przed zużyciem,
- ochronę przed korozją (i niedestrukcyjne oddziaływanie na elementy niemetalowe),
- zabezpieczenie przed szkodliwym działaniem powietrza,
- zabezpieczenie przed szkodliwym działaniem wody.
Przenoszenie energii i sygnałów sterujących wymaga od cieczy hydraulicznej małej ściśliwości. Warunek ten dobrze spełnia woda, lecz ze względu na niewielki zakres temperatur pracy, działanie korozyjne na metale oraz złe własności smarujące bardzo rzadko bywa obecnie stosowana samodzielnie jako ciecz hydrauliczna. Znajduje zastosowanie jako komponent zapewniający nie-palność w emulsjach wodno-olejowych i olejowo-wodnych. Woda jest dobrym chłodziwem, dlatego tego typu kompozycje umożliwiają niższe o 20-30°C temperatury pracy układów hydraulicznych niż w przypadku zastosowania olejów mineralnych. Ściśliwość większości cieczy zmniejsza się, jeśli olej hydrauliczny jest nadmiernie napowietrzony (w normalnych warunkach zawiera on około 9% powietrza).
Stopień uszczelnienia układów ruchowych zależy od lepkości cieczy roboczej.
Od lepkości zależy również jakość smarowania węzłów ruchowych. Lepkość powinna być tak dobrana, aby po nagrzaniu się układu do temperatury roboczej w węzłach ruchowych odbiorników (i pompy) zachodziło tarcie płynne (z pełnym rozdzieleniem współpracujących elementów za pomocą tzw. klina smarowego). Dla urządzeń pracujących w dużym zakresie temperatur wymaga się cieczy o wysokim wskaźniku lepkości oraz posiadającej wymaganą pompo-walność (możliwość przetłaczania z określonym oporem wewnętrznym) w najniższej temperaturze pracy. W urządzeniach wysokoobciążonych konieczne jest stosowanie olejów hydraulicznych z dodatkami przeciwzużyciowymi (tworzą warstwy graniczne zabezpieczające przed zużyciem podczas tarcia mieszanego).
Odprowadzanie ciepła z węzłów tarcia jest lepsze w przypadku oleju z niższą lepkością, lecz taką, która zapewni odpowiednie smarowanie. Skuteczniej chłodzą emulsje wodno-olejowe (lub olejowo-wodne), lecz stosuje sieje głównie ze względu na zagrożenie pożarem.
Ochronę przed korozją części metalowych zapewniają wprowadzone do oleju inhibitory korozji, a więc takie dodatki, które wypierając wodę z powierzchni metalicznych tworzą na nich warstewki ochronne.
Bardzo złożone jest zagadnienie obecności powietrza w oleju hydraulicznym. Jego skład powinien być tak dobrany, aby olej nie tworzył dużej ilości piany (na powierzchni cieczy w zbiorniku), a jednocześnie posiadał zdolność szybkiego wydzielania powietrza z objętości (rys. 2). Obok zwiększenia ściśliwości powietrze znajdujące się w oleju przyspiesza proces utleniania (destrukcji).
Ciecz robocza, np. olej hydrauliczny, powinna posiadać zdolność wchłonięcia pewnej ilości wody (kondensatu z wilgotnego powietrza), lecz również zdolność deemulgowania, tzn. wydzielania wody w większej ilości pojawiającej się w oleju (przecieki z zewnątrz). Woda sprzyja korozji, hydrolizuje dodatki uszlachetniające, tworząc z olejem emulsje sprzyja tworzeniu osadów oraz blokowaniu filtrów.
Bardzo istotną cechą eksploatacyjną cieczy hydraulicznej jest jej czystość. Ogranicza się zawartość zanieczyszczeń stałych, które przenikają do układu z zewnątrz, lecz mogą pochodzić też z procesów zużyciowych i destrukcyjnych zachodzących wewnątrz układu. Współczesne układy hydrauliczne cechują zmniejszone luzy, dlatego czystość cieczy roboczych musi być wysoka. Zapewnić ją muszą odpowiednie techniki filtracyjne.
W związku z tym, że współczesne układy wyposażone być muszą w filtry dokładnego oczyszczania, ciecz hydrauliczna musi posiadać odpowiednią filtrowalność. Jest to zdolność oleju do ciągłego przepływu przez przegrodę filtracyjną. Zdolność ta może ulec ograniczeniu z powodu obecności wody, produktów utleniania. Filtr wtedy ulega częściowemu lub całkowitemu „zaklejeniu". Również obecność wiskozatorów (dodatki lepkościowe) i depresatorów zmniejsza filtracyjność olejów hydraulicznych. Dodatki te ze względu na swe duże,
w porównaniu z rozmiarami „oczek" filtrów wymiary, zostają częściowo ścięte, co zwiększa opory przepływu przez filtr oraz pogarsza charakterystykę reologiczną cieczy hydraulicznej.
Przedstawione tu w uproszczeniu własności cieczy hydraulicznej są ujęte w odpowiednich normach przedmiotowych i sprawdzane za pomocą różnorodnych testów.
