Cilj ovog članka je da se čitaoci informišu o najosnovnijim svojstvima hidrauličkog fluida
koje treba analizirati kada se vrši izbor fluida za određenu aplikaciju.
Zahtevi hidrauličkih sistema neprestano se menjaju sa tendencijom povećanja njihove efikasnosti. Odabir najpogodnijeg hidrauličkog fluida zahteva razumevanje karakteristika svakog fluida koji je više nego bitan za funkcionisanje hidrauličkog sistema. Iako nijedan fluid nije idealan, uvek treba
odabrati onaj koji je najbolji kompromis za određeni sistem. To zahteva poznavanje hidrauličkog sistema u kojem će se koristiti fluid. Stoga, konstruktor bi trebao znati karakteristike sistema kao što su maksimalna i minimalna radna temperatura sistema, temperatura okoline, tip pumpe, vrednosti radnih pritisaka, vreme trajanja ciklusa, kao i opterećenje pojedinih komponenti hidrauličkog sistema.
Među karakteristikama fluida koje značajno utiču na ukupne performanse sistema, ali i na performanse samog fluida u prvom redu su viskoznost, anti-habajuće svojstvo, anti-korozivno svojstvo, oksidaciona i termička stabilnost i hidrolitička stabilnost.
Viskoznost predstavlja najvažnije fizičko svojstvo bilo kojeg tečnog maziva. Uopšteno, ona se definiše kao otpor tečenja. Maksimalne i minimalne radne temperature sistema, temperatura okoline, vrsta i tip pumpe, zajedno sa opterećenjem sistema, određuju zahteve hidrauličkog
fluida u pogledu viskoznosti. Fluid mora održavati minimalnu potrebnu viskoznost na najvišoj radnoj temperaturi, u suprotnom doći će do većih zapreminskih gubitaka (proticanje fluida kroz zazore) i lošije zaštite od habanja. Sa druge strane, fluid ne sme biti previše viskozan na niskim
temperaturama jer će u tom slučaju otpor tečenju biti toliko veliki da će pumpa teško usisavati fluid, što dalje generiše probleme druge vrste (pojava buke, vibracija, kavitacije i drugo). Osim pomenutog, zbog velikih otpora kretanju fluida, dolazi i do veće potrošnje pogonskog goriva.
U tabeli 1 daje se prikaz klasifikacije fluida prema najčešće korišćenim viskoznim gradacijama u hidrauličkim sistemima.fluida u pogledu viskoznosti.
Anti-habajuće (AW – Anti Wear) svojstvo je jedno od ključnih kada su hidraulički fluidi u pitanju. Ovo svojstvo je kritično za rad hidrauličkih pumpi, koje trpe visoke pritiske i temperaturna opterećenja tokom rada, kada može doći i do pojave direktnog kontakta metal na metal. Klipne,
zupčaste, a naročito krilne pumpe trebaju dobru zaštitu od habanja. Zbog toga hidraulički fluidi sadrže antihabajuće aditive koji stvaraju zaštitni film na metalnim površinama kako bi se sprečilo ili u krajnjem slučaju minimizovalo habanje. Najčešći aditiv koji se koristi u svrhu redukcije habanja je ZDDP – cink-dialkil-ditium-fosfat. Ovaj aditiv ima izvrsna antihabajuća svojstva, ali se istovremeno koristi kao antioksidirajući i EP (Extreme Pressure) aditiv. Najveći uticaj na njegovu ubrzanu potrošnju i razgradnju imaju visoke radne temperature. U novijim konstrukcijama gde se koriste komponente izrađene od obojenih metala, obavezno treba koristiti fluide bez cinka
(zink free), pa se ZDDP menja sa AW aditivima koji ne sadrže cink.
Anti-korozivno svojstvo predstavlja veoma važno svojstvo za hidrauličke fluide. Korozija je inače rezultat hemijske reakcije metalne površine sa kiseonikom i/ili kiselinom, u prisustvu vode. Voda je primarni aktivator ovih procesa, a u hidraulički sistem najčešće ulazi zajedno sa vazduhom
kroz vazdušni filter, ili kroz potrošene zaptivke na pojedinim komponentama sistema. Da bi se sprečila pojava korozije, hidraulički fluidi koriste inhibitore korozije koji presvlače metalne površine tankim zaštitnim (hidrofobnim) filmom i na taj način sprečavaju odvijanje hemijske reakcije. Ovi aditivi moraju imati i odličnu hidrolitičku stabilnost, tj. da u slučaju prisustva vode ne reaguju sa njom, i ujedno sprečavaju stvaranje kiselina koje izazivaju koroziju.
Oksidaciona i termička stabilnost - Tokom vremena sva maziva ulja pa i hidraulički fluidi oksidiraju i formiraju kiseline, talog i lakove, koji mogu oštetiti ili uzrokovati nepravilan rad pojedinih delova sistema. Proces oksidacije je inače prirodan proces koji se odvija sporo kada su uslovi rada konstantni i kontrolisani, a naročito radna temperatura. Radna temperatura fluida je primarni akcelerator oksidacionih reakcija. U praksi preovladava shvatanje da porast temperature za svakih 10°C iznad gornje granice radne temperature (što u najvećem broju slučajeva iznosi oko 60-65°C), redukuje životni vek fluida za 50%. Uz temperaturu, kao uticajan katalizator procesa oksidacije predstavljaju metalne čestice (bakar, mesing, gvožđe, itd.), tako da ako je njihova koncentracija u fluidu značajna, oksidacija fluida se dodatno ubrzava. Nasuprot oksidaciji jeste svojstvo fluida termička stabilnost.
Termička stabilnost je sposobnost fluida da se odupre dekompoziciji osnovnih molekula baznog ulja, ali i aditiva, usled uticaja visokih temperatura. Stoga, termička stabilnost kao svojstvo fluida, postavlja gornju granicu radne temperature fluida tokom eksploatacije. Iako, savremene formulacije hidrauličkih fluida sadrže pakete aditiva koji im omogućavaju dobru termičku stabilnost, inhibiciju oksidacije i neutralisanje kiselina, rad na visokim temperaturama (iznad gornje granične vrednosti) može razgraditi i brže potrošiti takve aditive, a posebno: inhibitore korozije, aditive protiv penjenja, anti-oksidante i anti-habajuće aditive.
Hidrolitička stabilnost se definiše kao otpornost hidrauličkog fluida i aditiva da stupaju u hemijske reakcije sa vodom. Voda predstavlja jedan od najdestruktivnijih kontaminanata za sva maziva. Hidroliza menja fizička i hemijska svojstva fluida, utiče na stvaranje kiselih jedinjenja
koja razgrađuju zaptivke i izazivaju koroziju, smanjuje sadržaj aditiva, a time i sposobnost fluida da obavlja svoje funkcije. Ukoliko je hidroliza prisutna duži period vremena, dolazi do smanjenja viskoznosti, a time i nosivosti mazivog filma što sistem dovodi u područje rada sa
režimom graničnog podmazivanja i većim intenzitetom habanja.
Osim ovde pomenutih, najosnovnijih, postoji niz drugih fizičkih, hemijskih i eksploatacionih svojstava koja se uključuju u analizu u zavisnosti od vrste aplikacije, radnih uslova i okruženja, opterećenja i drugih relevantnih faktora.
Reference:
ISO 3448:1992(en)Industrial liquid lubricants — ISO viscosity classification
1996, Hodges, P.,Hydraulic fluids
2003, Savić, V., Uljna hidraulika 3
Autor:
Dr Velibor Karanović, dipl. ing.
Fakultet tehničkih nauka, Univerzitet u Novom Sadu
