11.04.20г. 861 АЭматериалы

Тема занятия Жидкости для гидравлических систем (занятие 2 на 11.09.20г.)

Лекционный материал

Жидкости для гидравлических систем применяются в гидравлических приводах и амортизаторах автомобилей, а также в подъемных устройствах автомобилей-самосвалов.

В гидроприводах автомобилей температура жидкости обычно изменяется от -40 °С зимой до 80—100 °С летом, а при эксплуатации автомобилей в арктических условиях она нередко опускается до -60 °С. При этом рабочее давление в гидроприводах автомобилей обычно не превышает 10 МПа.

Для обеспечения надежной работы жидкости для гидросистем должны:

• иметь определенный уровень вязкости, низкую температуру застывания и незначительную сжимаемость;

• не разрушать металлические и резиновые уплотнительные детали гидросистемы;

• обладать высокой физической и химической стабильностью;

• иметь хорошие противоизносные свойства.

ТОРМОЗНЫЕ ЖИДКОСТИ

Назначение и свойства тормозных жидкостей

Назначение тормозных жидкостей — передавать усилие от главного тормозного цилиндра к колесным. Задача хотя и узкая, но чрезвычайно ответственная; тормозная система не должна отказывать ни при каких обстоятельствах. При нажатии на педаль тормоза усилие посредством гидравлического привода передается к колесным (рабочим) тормозным механизмам, останавливающим автомобиль за счет сил трения. Если выделившееся при этом тепло нагреет ТЖ свыше допустимого для нее предела, она закипит и возникнут паровые пробки. Смесь жидкости и пара станет сжимаемой, педаль тормоза может «провалиться» и произойдет отказ в торможении. Для исключения этого явления в гидроприводах используются специальные тормозные жидкости.

Тормозные жидкости принято классифицировать по температуре кипения и по вязкости в соответствии с нормами DOT (в России — ДОТ) —Department of Transportation (Министерство транспорта, США). Различают температуру кипения «сухой» жидкости, не содержащей воды и «увлажненной» — с содержанием воды 3,5%. Вязкость определяют при двух значениях температуры: +100 °С и -40 °С. Эти показатели соответствуют американскому федеральному стандарту по безопасности автомобилей FM KS¹S № 116. Сходные требования содержат другие международные и национальные стандарты — ISO 4925, SAE J 1703 и т.д. В России нет единого стандарта, регламентирующего показатели качества тормозных жидкостей, и отечественные производители работают по различным техническим условиям (табл. 12.1).

Таблица 12.1

Перечень тормозных жидкостей, сертифицированных ВАЗом

Условиями эксплуатации ТЖ определяются технические требования к их свойствам:

• температура кипения. Опыт показывает, что рабочая температура тормозной жидкости в наиболее горячих точках системы примерно такова: 60—70 °С при движении по шоссе, 80—100 °С в городе и 100—120 °С на горных дорогах. Но в напряженных условиях она нередко достигает 150 °С и даже больше, поскольку, например, тормозная колодка при нескольких экстренных торможениях нагревается до 600 °С. Поэтому жидкость в неблагоприятной ситуации может закипеть, а это грозит катастрофой: объем главного цилиндра невелик (всего 5—15 см³), а как только объем пузырьков пара в системе превысит эту величину, то тормоза полностью откажут. Но и до этого при малых размерах паровых пробок эффективность тормозов уже заметно падает.

У современных ТЖ температура кипения намного выше критической (150 °С), но этим нельзя обольщаться. Большинство веществ, входящих в их состав, очень гигроскопичны, т.е. легко впитывают влагу из воздуха, а резиновые манжеты служат плохой преградой для этого процесса. Точка кипения «увлажненной» жидкости по сравнению с «сухой» намного ниже, она легко падает до критической величины и даже ниже. Поэтому в паспортных данных всегда указывают два значения температуры кипения: без влаги и с содержанием 3,5% воды. Если последняя мала, то в системе с дисковыми тормозами такую жидкость применять не следует;

• морозостойкость. Очевидно, что жидкость, служащая для передачи давления, должна сохранять приемлемую текучесть даже при сильном холоде. Принято, что ее вязкость не должна превышать 1800 мм²/с при -40 °С для обычного исполнения и 1500 мм²/с при -55 °С для специального северного. При выборе продукта для использования в условиях суровой зимы на это надо обращать внимание;

• совместимость с уплотнениями. Вещества, содержащиеся в тормозных жидкостях, неизбежно вызывают набухание уплотнительных резиновых манжет, однако это воздействие лимитируется действующими техническими нормативами. На очень старых машинах (более 25-летней давности выпуска) могут быть манжеты, резина которых не совместима с жидкостями сегодняшних типов. В системах таких автомобилей поневоле надо использовать спиртокасторовые смеси, как это делалось прежде (на ГАЗ-24 резина прежних типов использовалась до 1985 г.). Уплотнения не должны разбухать в ТЖ, уменьшать свои размеры (давать усадку), терять эластичность и прочность больше, чем это допустимо. Распухшие манжеты затрудняют обратное перемещение поршней в цилиндрах, поэтому не исключено подтормаживание автомобиля. C усевшими уплотнениями система будет негерметичной из-за утечек, а замедление — неэффективным (при нажатии педали жидкость перетекает внутри главного цилиндра, не передавая усилие тормозным колодкам);

• вязкость характеризует способность жидкости прокачиваться по системе. Температура окружающей среды и самой ТЖ может быть от -40 °С зимой в неотапливаемом гараже (или на улице) до 100 ⁰C летом в моторном отсеке (в главном цилиндре и его бачке), и даже достигать 200 ⁰C при интенсивном замедлении машины (в рабочих цилиндрах). В этих условиях изменение вязкости жидкости должно соответствовать проходным сечениям и зазорам в деталях и узлах гидросистемы, заданным разработчиками автомобиля. Замерзшая (вся или местами) ТЖ может блокировать работу системы, густая — будет с трудом прокачиваться по ней, увеличивая время срабатывания тормозов. А слишком жидкая — повышает вероятность течей;

• стабильность — устойчивость к воздействию высоких температур и реакциям окисления кислородом воздуха, которые в нагретой жидкости происходят интенсивнее. Продукты окисления ТЖ разъедают металлы. Кроме того, следует учитывать, что узлы гидропривода тормозов изготавливаются из различных металлов, соединенных между собой, что создает условия для развития быстротекущей электрохимической коррозии. Для ее предотвращения в тормозные жидкости добавляют ингибиторы коррозии, защищающие детали из стали, чугуна, алюминия, латуни и меди;

• гигроскопичность — склонность ТЖ на полигликолевой основе поглощать воду из атмосферы. В условиях эксплуатации это происходит в основном через компенсационное отверстие в крышке бачка. Тормозная жидкость, как уже упоминалось, впитывает влагу. Из-за постоянных перепадов температуры в ней образуется и накапливается конденсат. Чем больше воды растворено в ТЖ, тем раньше она закипает, сильнее густеет при низких температурах, хуже смазывает детали, а металлы в ней корродируют быстрее. Наличие в тормозной жидкости всего 2—3% воды снижает температуру ее кипения примерно на 70 °С. На практике это означает, что при торможении ДОТ-4, например, закипит, не разогревшись и до 160 °С, в то время как в «сухом» (т.е. без влаги) состоянии это произойдет при 230 °С. Последствия будут такие же, как если бы в тормозную систему попал воздух: педаль становится колом, тормозное усилие резко ослабевает;

• антикоррозионные и смазывающие свойства. Для движущихся деталей тормозной системы (поршеньков) рабочая жидкость призвана служить естественной смазкой, поскольку других антифрикционных продуктов в их зоне трения нет. Важно и то, что конструктивные элементы из стали и цветных металлов не должны испытывать коррозионного воздействия со стороны веществ, входящих в ТЗ. Все эти требования удовлетворяются за счет применения специальных добавок и присадок в товарных продуктах. Тормозные жидкости состоят из основы (ее доля 93—98%) и различных добавок, присадок, иногда красителей (7—2%). По своему составу они делятся на минеральные, гликолевые и силиконовые.

Минеральные ТЖ представляют собой различные смеси в пропорции 1:1 касторового масла и спирта, например бутилового (красно-оранжевая жидкость БСК). Такие жидкости обладают хорошими смазывающими и защитными свойствами, негигроскопичны, не агрессивны к лакокрасочным покрытиям. Но они не соответствуют международным стандартам по основным показателям: имеют низкую температуру кипения (их нельзя применять на машинах с дисковыми тормозами) и становятся слишком вязкими уже при -20 °С. Минеральные жидкости нельзя смешивать с гликолевыми, иначе возможно набухание резиновых манжет узлов гидропривода и образование сгустков касторового масла.

Гликолевые ТЖ, имеющие в качестве основы полигликоли и их эфиры — группы химических соединений на основе многоатомных спиртов. У них высокая температура кипения, хорошие вязкостные и удовлетворительные смазывающие свойства. Основным недостатком гликолевых жидкостей является гигроскопичность — склонность поглощать воду из атмосферы. Чем больше воды растворено в тормозной жидкости, тем ниже ее температура кипения, больше вязкость при низких температурах, хуже смазываемость деталей и сильнее коррозия металлов.

Отечественные и импортные гликолевые жидкости классов ДОТ-3, ДОТ-4 и ДОТ-5.1 взаимозаменяемы, но смешивать их нежелательно, так как основные свойства при этом могут ухудшаться. На автомобилях, выпущенных более двадцати лет тому назад, резина манжет может быть несовместимой с гликолевыми жидкостями — для них необходимо использовать только минеральные тормозные жидкости (или придется менять все манжеты).

Силиконовые ТЖ изготавливаются на основе кремнийоргани- ческих полимерных продуктов. Их вязкость мало зависит от температуры, они инертны к различным материалам, работоспособны в диапазоне температур от -100 до +350 °С и не адсорбируют влагу. Их применение, в частности, ограничивают недостаточные смазывающие свойства. Основанные на силиконе жидкости несовместимы с другими. Силиконовые жидкости класса ДОТ-5 следует отличать от полигликолевых ДОТ-5.1, так как сходство наименований может привести к путанице. Для этого на упаковке дополнительно обозначают:

• ДОТ-5 — SBBF («silicon based brake fluids» — тормозная жидкость, основанная на силиконе).

• ДОТ-5.1 — NSBBF («поп silicon based brake fluids» — тормозная жидкость, не основанная на силиконе). Для гидротормозной системы автомобиля отечественные производители выпускают тормозные жидкости на касторовой и гликолевой основе:

1) жидкости на касторовой основе имеют хорошие смазывающие свойства и не вызывают набухания или разъедания резиновых деталей тормозной системы автомобилей. В 40-х гг. XX в. в России была впервые выпущена и до сих пор широко применяется ТЖ БСК, представляющая собой смесь 50% бутилового спирта и 50% касторового масла и обладающая хорошими смазывающими свойствами. Недостатком этой жидкости является то, что при -20 °С касторовое масло выпадает в осадок, что может привести к поломке тормозной системы. Гидротормозные жидкости на касторовой основе с добавлением бутилового спирта (БСК) или амилового спирта (ACK) имеют сравнительно невысокие вязкостно-температурные свойства, так как застывают при температуре -30.. -40 °С и закипают при температуре + 115 °С. Их рекомендуют использовать в основном на юге и средней полосе. Выпускаемые ранее тормозная жидкость ACK и спиртокасторовая жидкость ЭСК (40% этилового спирта и 60% касторового масла), имеющие ряд недостатков, не нашли широкого применения;

2) специально для автомобилей ВАЗ была выпущена ТЖ «Нева» на гликолевой основе с вязкостной и антикоррозионной присадками, работоспособная в широком диапазоне температур от -50 до +50 °С. Чуть позже была выпущена тормозная жидкость «Томь», превосходящая «Неву» по низкотемпературным свойствам. Мировым стандартам (ДОТ-3; ДОТ-4) соответствует выпускаемая в России ТЖ «Роса». Жидкости на гликолевой основе огнеопасны и токсичны.

Амортизаторные жидкости (АЖ) выполняют роль рабочего тела в различных амортизаторах, предназначенных для гашения колебаний, возникающих при движении по дорогам автомобилей, тракторов и др. машин, а также летательных аппаратов при посадке. Амортизаторные жидкости подвергаются значительным механическим и термическим воздействиям, поэтому они должны:

• иметь вязкость от 12 (при 50 °С) до 6500 мм²/с (при -40 °С);

• сильно не разжижаться и не терять текучести соответственно при высоких и низких температурах;

• обладать возможно более низкой температурой застывания (не выше -55 °С) и высокой температурой кипения (не ниже 250 °С);

• при хранении и эксплуатации в широком диапазоне температур (от -50 до 300°С) и давлений (10—15 МПа) не должны расслаиваться, вспениваться, интенсивно испаряться, образовывать осадки, смолистые отложения;

• должны обладать хорошими противоизносными свойствами, не вызывать коррозию металлов и не разрушать другие конструкционные материалы (например, резину, кожу).

Большинство амортизаторных жидкостей — дистиллятные нефтяные масла (преимущественно веретенные, турбинные, трансформаторные или их смеси). Для приготовления амортизаторных жидкостей используют также синтетические масла, в основном диметил- силоксаны.

C целью улучшения эксплуатационных свойств АЖ в масла вводят различные присадки:

• антиокислительные (например, л-гидроксидифениламин, 2,6-д«т/?ет-бутил-4-метилфенол);

• антикоррозионные (например, сульфиды алкилфенолов, эфиры тиофосфорных кислот, алкенилянтарная кислота и ее производные и др.);

• вязкостные (полиизобутилен, полиметакрилаты, винипол, полиалкил стирол ы и др.);

• противоизносные (трикрезилфосфат, триксиленилфосфат, алкилксантогенаты и т.п.);

• антипенные (например, полиакилсилокеаны);

• депрессорные (например, алкилнафгалины, полиметакрилаты);

• многофункциональные (например, диалкилдитиофосфаты Zn и Ba, диалкилфенилдитиофосфат Zn) и др.

Высокое качество применяемой жидкости в амортизаторах является важным условием надежной их работы, что существенно влияет на устойчивость автомобиля и безопасность движения, а также на износ деталей подвесок и длительность службы шин. Именно с этой целью необходимо постоянно контролировать исправность амортизаторов, не допускать течи рабочей жидкости. Амортизатор нуждается в доливке жидкости или замене, если после раскачки за переднее крьшо колебания прекращаются более чем за два качка или при движении автомобиля ощущаются резкие удары.

Высокие требования предъявляются к вязкости амортизаторных жидкостей при отрицательных температурах. Так, при -20 °С вязкость не должна превышать 800 мм2/с. Желательно, чтобы при интервале возможных на практике отрицательных температур вязкость амортизаторной жидкости не превышала 2000 мм2/с. При более высокой вязкости работа амортизаторов резко ухудшается и происходит блокировка подвески. Это случается довольно часто, так как уже при

-30 °С вязкость товарных амортизаторных жидкостей превышает 2000 мм2/с, а при -40 °С достигает 5000—10000 мм2/с. Обеспечить требуемую вязкость (при температурах ниже -30 °С) могут лишь амортизаторные жидкости на синтетической основе.

Основные марки амортизаторных жидкостей

На современных автомобилях устанавливают преимущественно гидравлические амортизаторы телескопического типа. Используемые в них АЖ работают в жестких условиях: при эксплуатации автомобилей в южных районах летом они нагреваются до 120—140 °С, а при эксплуатацииимой в северных районах их температура может опускаться до -60 °С. При этом давление жидкости в амортизаторах автомобилей может достигать 10 МПа.

В качестве АЖ в автомобилях используют нефтяные маловязкие масла (веретенное марки АУ) или смесь трансформаторного и турбинного масел в соотношении 1:1. Однако эти масла имеют недостаточно хорошую вязкостно-температурную характеристику: при понижении температуры их вязкость сильно возрастает, что приводит к жесткой работе амортизаторов.

Лучшие эксплуатационные показатели иимеют всесезонные амортизаторные жидкости АЖ-12Т, АЖ-16, МГП-10 и МГП-12

В качестве жидкостей для амортизаторов легковых автомобилей ВАЗ используют масло МГП-10, а для всех остальных — всесезонную жидкость АЖ-12Т или смесь турбинного и трансформаторного масел. Амортизаторные жидкости имеют хорошие смазывающие свойства, низкую температуру застывания (не выше -40 °С), малую вязкость, незначительно изменяющуюся в зависимости от температуры. Наличие в составе АЖ различных присадок (антиокислительных, противоизносных) обеспечивает им необходимую работоспособность в широком диапазоне температур.

Вязкостно-температурные показатели основных марок амортизаторных жидкостейЖидкость АЖ-12Т имеет наиболее широкое распространение в телескопических рычажно-кулачковых амортизаторах автомобилей и представляет собой смесь маловязкого минерального масла и по- лиэтилсилоксановой жидкости с добавлением противоизносной и антиокислительной присадок. Она устойчиво работает при повышенных температурах и давлениях, обладает хорошей термической и механической стабильностью. Используют жидкость АЖ-12Т в тех системах, где детали выполнены из маслостойкой резины (работа в диапазоне температур от -50 до +60 °С).

Масло МГП-10 предназначено для всесезонной работы гидравлических амортизаторов автомобиля, является смесью трансформаторного масла, полиэтилсилоксановой жидкости, животного жира, антиокислительной и противопенной присадок. Однако применение жидкости МГП-10 на автомобилях семейства ВАЗ-2108,09 вызвало повышенный износ телескопических стоек. Для этих автомобилей и семейства ВАЗ-2110 была разработана АЖ МГП-12 с улучшенными противоизносными свойствами. Жидкость АЖ-170 является амортизаторной жидкостью очень высокого качества и представляет собой композицию полиэтилси- локсанов с хорошо очищенным маловязким маслом. Высокие эксплуатационные свойства позволяют использовать ее в амортизаторах, работающих при температурах от -60 до +130 °С.

Амортизаторная жидкость ГРЖ-12 — смесь очищенных трансформаторного и веретенного дистиллятов с добавлением депрессор- ной, антиокислительной, противоизносной и антипенной присадок . Применяют в амортизаторах и телескопических стойках автомобильной техники.

ЗАДАНИЕ:

1.Изучить лекционный материал и составить конспект

2.Составить перечень технических жидкостей, которые также применяются на автомобиле

Фотоотчет выполненных заданий прислать на электронную почту преподавателя