Caracteristici generale, clasificarea şi utilizarea uleiurilor hidraulice

Uleiurile hidraulice (lichide de lucru pentru sisteme hidraulice) se clasifică după compoziţie în:

• uleiuri hidraulice petroliere;
• uleiuri hidraulice sintetice;
• uleiuri hidraulice apă-glicoli;

După destinaţie  uleiurile hidraulice se clasifică în conformitate cu domeniul de aplicare:

• uleiuri hidraulice pentru aparatele de zbor, tehnica mobilă supraterană, fluvială şi maritimă;
• uleiuri hidraulice pentru instalaţiile de frână hidraulică şi amortizare pentru diverse maşini;
• uleiuri hidraulice pentru sistemele de acţionare hidraulică, transmisiile hidraulice şi sistemele de circulaţie a uleiului pentru diferite agregate, maşini şi mecanisme, care constituie utilajul întreprinderilor industriale.

Funcţia de bază a uleiurilor hidraulice (ca medii lichide) pentru sistemele hidraulice – transmiterea energiei mecanice de la sursa acesteia spre locul folosirii cu modificarea destinaţiei sau direcţiei forţei aplicate.

Acţionarea hidraulică trebuie să funcţioneze obligatoriu în mediu de lucru lichid, care constituie un element constructiv necesar pentru oricare sistemă hidraulică. Execuţia sistemelor hidraulice se perfecţionează permanent pe următoarele direcţii:

• creşterea presiunilor de lucru în sistemele hidraulice şi legat de aceasta extinderea limitelor superioare ale temperaturilor de exploatare a uleiurilor hidraulice;
• reducerea masei totale a sistemului hidraulic sau majorarea raportului puterii transmise spre masă , ceea ce condiţionează exploatarea mai intensă a uleiului hidraulic;
• reducerea rosturilor de lucru între piesele organului de lucru (camerelor de ieşire şi de intrare ale sistemului hidraulic), ceea ce intensifică cerinţele faţă de puritatea uleiului hidraulic (sau a capacităţii de filtrare a  acestuia în cazul existenţei  filtrelor în sistemele hidraulice).

În scopul satisfacerii cerinţelor, dictate de tendinţele de dezvoltare menţionate ale sistemelor de acţionare hidraulică, uleiurile hidraulice moderne pentru aceste sisteme trebuie să posede caracteristici specifice:

• să posede un nivel optim de viscozitate şi caracteristici bune de viscozitate-temperatură într-un diapazon larg de temperaturi, adică un indice de viscozitate ridicat;
• să se distingă printr-un potenţial antioxidant  înalt, precum şi stabilitate termică şi chimică, care să asigure o funcţionare îndelungată fără schimbarea uleiului hidraulic în sistemul hidraulic;
• să protejeze piesele sistemului de acţionare hidraulică împotriva coroziunii;
• să posede o bună capacitate de filtrare;
• să posede caracteristicile necesare de dezaerare, antiemulgare şi antispumare;
• să protejeze piesele sistemului hidraulic împotriva uzurii;
• să fie compatibile cu materialele sistemului hidraulic;

Majoritatea sortimentelor de uleiuri hidraulice se fabrică pe baza uleiurilor de bază bine purificate, obţinute din fracţiile petroliere ordinare prin utilizarea proceselor tehnologice moderne de extracţie şi hidrogenare catalitică.

Caracteristicile fizico-chimice şi de exploatare ale uleiurilor hidraulice de ultimă generaţie se ameliorează considerabil prin adăugarea în ele a aditivilor funcţionali – cu efect antioxidare, anticoroziune, antiuzură, antispumant etc.

Caracteristicile de viscozitate şi  temperatură scăzută ale uleiurilor hidraulice determină diapazonul temperaturilor de exploatare al sistemelor hidraulice şi influenţează decisiv asupra caracteristicilor de ieşire ale acţionării hidraulice. La selectarea viscozităţii uleiului hidraulic este important de ştiut tipul pompei. Producătorii de pompe, de regulă, recomandă pentru aceste pompe limite de viscozitate: maximă, minimă şi optimă. Viscozitatea maximă – constituie viscozitatea cea mai înaltă, la care pompa poate să pompeze uleiul. Ea depinde de tipul pompei, diametrul şi lungimea conductei. Viscozitatea minimă - constituie viscozitatea la temperatura de lucru, la care sistemul hidraulic funcţionează destul de sigur.  Dacă viscozitatea uleiului hidraulic utilizat scade mai jos decât valoarea admisibilă, cresc pierderile de volum (scurgerile) în pompă şi supape, respectiv scade şi puterea şi se înrăutăţesc condiţiile de lubrifiere. Viscozitatea scăzută a  uleiului hidraulic provoacă cea mai intensă manifestare a tipurilor de uzură de oboseală a pieselor de contact ale sistemului hidraulic.

Viscozitatea ridicată sporeşte considerabil pierderile mecanice ale acţionării, îngreunează deplasarea relativă a pieselor pompei şi supapelor, face imposibilă funcţionarea sistemelor hidraulice în condiţii de temperaturi joase.

Viscozitatea uleiului hidraulic este condiţionată de temperatura de fierbere a fracţiei de ulei, de masa moleculară medie a acesteia, de compoziţia chimică a grupei şi  structura hidrocarburilor.  Cu ajutorul factorilor menţionaţi se determină viscozitatea absolută a uleiului hidraulic, precum şi caracteristicile de viscozitate şi temperatură ale acestuia, adică modificarea viscozităţii funcţie de modificarea temperaturii. Ultima se caracterizează drept indice de viscozitate a uleiului hidraulic.

Pentru ameliorarea caracteristicilor de viscozitate şi temperatură ale uleiurilor hidraulice se aplică aditivi de viscozitate – compuşi polimerici. În compoziţia uleiurilor hidraulice comerciale în calitate de aditivi de îngroşare se folosesc polimetaacrilaţi,  poliizobutilene şi produse ale polimerizării eterului vinil-butil (vinipol)

Stabilitatea antioxidantă şi chimică caracterizează rezistenţa uleiului hidraulic la oxidare în procesul de exploatare sub acţiunea temperaturii, barbotajului intens al uleiului cu aer în timpul funcţionării pompei. Oxidarea uleiului hidraulic are drept efect modificarea viscozităţii lui (de regulă, creşte) şi acumularea în ulei a produselor de oxidare, care formează sedimente şi depuneri de lac pe suprafeţele pieselor sistemului hidraulic, ceea ce influenţează negativ  asupra funcţionării sistemului.

Sporirea proprietăţilor antioxidante ale uleiurilor hidraulice se atinge prin introducerea de aditivi antioxidare de tipurile fenolic şi aminic.

Sistemele hidraulice ale maşinilor şi mecanismelor sînt compuse din piese fabricate din diverse materiale: diferite mărci de oţel, aluminiu,  bronz, care sunt supuse uzurii chimice şi corosive. Coroziunea metalelor poate fi electrochimică, care apare în prezenţa apei, şi chimică, ce decurge sub acţiunea mediilor chimice agresive (compuşi acizi, care se formează ca urmare a oxidării uleiului) şi sub acţiunea produselor active chimic rezultate ca urmare a descompunerii aditivilor la temperaturile înalte de contact ale suprafeţelor de fricţiune. Pentru a reduce coroziunea metalelor, în uleiurile hidraulice se adaugă aditivi – inhibitori de oxidare, care previn formarea compuşilor acizi, şi adaosuri anticorosive specifice.

Tendinţa spre ameliorarea caracteristicilor uleiurilor hidraulice este condiţionată de includerea în sistemele hidraulice de ultimă generaţie a pompelor hidraulice intensificate.  Cea mai largă răspîndire în calitate de aditivi, care asigură un nivel destul de suficient al caracteristicilor antiuzură ale uleiurilor hidraulice, au obţinut dialchilditiofosfaţii de metale (în principal de zinc) sau sărurile fără cenuşă (aminice şi eterii compuşi ai acidului ditiofosforic).

Faţă de uleiurile hidraulice se prezintă cerinţe destul de severe privitor la neutralitatea lor  în raport cu materialele cu care contactează timp îndelungat. Luând în consideraţie faptul, că temperaturile de lucru ale uleiului în transmisiile hidraulice moderne sunt destul de înalte şi garniturile din cauciuc pot să se uzeze rapid, în uleiurile hidraulice este inadmisibilă prezenţa unui conţinut sporit de hidrocarburi aromatice, care prezintă cea mai mare agresivitate faţă de cauciucuri. Conţinutul de hidrocarburi aromatice se caracterizează prin indicele "punctul de anilină" al uleiului de bază.

În timpul funcţionării sistemelor hidraulice este inadmisibilă înspumarea uleiurilor hidraulice. Spuma perturbă debitarea uleiului spre angrenajul de fricţiune şi, saturând uleiul cu aer, intensifică oxidarea acestuia, înrăutăţind evacuarea căldurii de la suprafeţele de lucru, provoacă defecte de cavitaţie ale pieselor, supraîncălzirea acţionării hidraulice şi uzura sporită a acesteia. Pentru asigurarea  uleiului hidraulic cu caracteristici antispumante eficiente  cel mai important este îndepărtarea deplină din uleiul de bază a substanţelor răşinoase active de suprafaţă. Pentru prevenirea înspumării sau urgentării  distrugerii ei, în uleiul hidraulic se introduce un aditiv antispumant (de exemplu, polimetilsiloxan), care reduce tensiunea de suprafaţă la graniţa de separare a fazei lichide de faza gazoasă, lucru ce contribuie la distrugerea rapidă a bulelor de spumă.

În compoziţia uleiurilor hidraulice este inadmisibilă prezenţa impurităţilor mecanice şi apei. Ca urmare a rosturilor foarte mici ale cuplurilor de lucru ale sistemelor hidraulice (mai cu seamă, cele dotate cu mecanisme axiale cu pistoane) prezenţa impurităţilor poate cauza nu doar uzura elementelor echipamentelor hidraulice, dar şi griparea pieselor. Pentru purificarea lichidului de lucru de impurităţi în sistemele hidraulice se folosesc filtre de diferite tipuri. Chiar şi o cantitate neînsemnată (0,05-0,1 %) de apă influenţează negativ asupra funcţionării sistemelor hidraulice. Apa, care pătrunde în sistemul hidraulic împreună cu uleiul sau în procesul de exploatare, urgentează procesul de oxidare a uleiului,  provoacă hidroliza componentelor hidrolitic instabile ale uleiului (în special, aditivilor – săruri de metale). Produsele hidrolizei aditivilor provoacă coroziunea electrochimică  a metalelor sistemului hidraulic. Apa contribuie la formarea şlamului de origine neorganică şi organică, care înfundă filtrul şi rosturile utilajelor, perturbând astfel funcţionarea sistemului hidraulic.

Faţă de unele uleiuri hidraulice se prezintă cerinţe suplimentare specifice. Astfel, uleiurile hidraulice, îngroşate cu aditivi polimerici, trebuie să posede o stabilitate destul de înaltă faţă de distrugerea mecanică şi termică; pentru uleiurile hidraulice, exploatate în sistemele hidraulice ale tehnicii fluviale şi maritime, în special este importantă rezistenţa la umiditate şi capacitatea redusă de emulsionare a aditivilor.

În unele domenii specifice de utilizare a sistemelor hidraulice, cum ar fi, industria de extracţie minieră şi industria de turnare a oţelului, într-o grupă aparte s-au evidenţiat uleiurile hidraulice pe bază apoasă rezistente la foc (emulsii "ulei în apă", "apă în ulei", amestecuri apă-glicoli etc.) şi lichide, ce nu conţin apă (eteri compuşi ai acidului fosforic, oligoorganosiloxani, hidrocarburi fluororate etc.).