FUCHS OIL CORPORATION (PL) Sp. z o.o. ul. Kujawska 102, 44-101 Gliwice tel. +48 32 40 12 200, fax: +48 32 230 25 90 www.fuchs-oil.pl; e-mail: gliwice@fuchs-oil.pl Oleje hydrauliczne obsługa układów hydraulicznych W nowoczesnych maszynach i ciągnikach rolniczych, w których stosowany jest sterowany napęd hydrauliczny najbardziej rozpowszechnionymi generatorami ciśnienia są pompy wielotłoczkowe, osiowe i zębate. W większości maszyn i urządzeń producent określa minimalne parametry cieczy roboczej, którą można stosować. W trudnych warunkach pracy maszyn rolniczych stosowanie cieczy odpowiadającej minimum kryterium może nie zabezpieczyć w pełni prawidłowej eksploatacji. W nowoczesnych maszynach rolniczych stosowanie olejów hydraulicznych klasy ISO - L - HH i HL uważa się za nieekonomiczne, bowiem ich niska cena nie jest w stanie zrekompensować kosztów stosunkowo szybkiego zużywania się elementów maszyn oraz częstych wymian olejów, które wykazują dużą degradację swoich własności użytkowych. Oleje klasy HL dopuszcza się jedynie do urządzeń nisko i średnio ciśnieniowych w odpowiednich warunkach eksploatacji. WŁASNOŚCI WYSOKOWYDAJNYCH OLEJÓW HYDRAULICZNYCH Oleje hydrauliczne spełniają wiele różnorodnych często wzajemnie wykluczających się wymagań będących pochodną warunków ich pracy. Do najważniejszych funkcji spełnianych przez oleje hydrauliczne należą: - korzystne własności reologiczne i ich trwałość w czasie eksploatacji, - przenoszenie energii z miejsca jej wytworzenia (pompa hydrauliczna) do miejsca jej użycia (siłownik, silnik hydrauliczny), - wysoka odporność na utlenianie, - brak skłonności do tworzenia piany, - smarowanie ruchomych elementów systemu hydraulicznego dla niedopuszczenia do ich przedwczesnego zużycia ciernego, - odprowadzenie ciepła ze strefy tarcia, - ochrona przed korozją powierzchni metalowych, - wynoszenie zanieczyszczeń mechanicznych powstałych w wyniku zużycia ciernego elementów metalowych, korozji metali, utlenienia oleju i destrukcji dodatków uszlachetniających oraz wydzielanie ich w toku filtracji. 1. KLASYFIKACJE OLEJÓW HYDRAULICZNYCH W świecie funkcjonują (jeśli chodzi o właściwości użytkowe i jakościowe) w zasadzie dwie klasyfikacje olejów hydraulicznych: DIN 51 524 cz. II i III, ISO/DIS 6743 oraz odpowiednie normy krajowe. Oprócz tych norm istnieją również normy producentów maszyn rolniczych. Klasyfikacja według normy DIN 51 524 określa trzy klasy olejów hydraulicznych o zróżnicowanym poziomie jakości: HL, HLP, HVLP. Klasyfikacja według normy ISO 6743/4 definiuje sześć klas lepkości: HH, HL, HR, HM i HG. Klasyfikacje te opisują jakość olejów poprzez określenie obecności w składzie oleju dodatków:
inhibitorów utlenienia i korozji, dodatków smarnych, modyfikatorów lepkości. Oleje HL i HLP/HM przeznaczone są głównie do stosowania w maszynach, w których występuje ograniczona zmienność temperatur otoczenia. Oleje HVLP/HV mają zastosowanie w sprzęcie ruchomym np. maszynach do prac ziemnych, sprzęcie budowlanym, maszynach rolniczych i innych, pracujących w zmiennych warunkach temperaturowych otoczenia. Klasy jakościowe mineralnych olejów hydraulicznych Klasy jakości Zawartość DIN 51524 ISO 6743/4 Charakterystyka oleju Zastosowanie oleju dodatków % - HH oleje bez dodatków uszlachetniających do słabo obciążonych systemów 0 HL HL oleje z inhibitorami utlenienia i korozji do umiarkowanie obciążonych systemów około 0,6 - HR oleje z inhibitorami utlenienia i korozji oraz modyfikatorami lepkości do umiarkowanie obciążonych systemów pracujących w zmiennych temperaturach otoczenia około 8 HLP HM oleje z inhibitorami utlenienia i dodatkami przeciwzużyciowymi do systemów pracujących przy wysokim ciśnieniu około 1,2 oleje z inhibitorami utlenienia i do systemów pracujących HVLP HV korozji, dodatkami przeciwzużyciowymi oraz przy wysokim ciśnieniu w zmiennych temperaturach około 8 modyfikatorami lepkości otoczenia Jak HLP plus dodatki detergenty HLPD i dyspergenty (rozpuszczają większość obcych substancji i - pozostawiają je w objętości oleju. 2. PODSTAWOWE WŁAŚCIWOŚCI I ICH WPŁYW NA JAKOŚĆ. Oleje hydrauliczne powinny spełniać szereg wymagań ogólnych charakterystycznych dla olejów smarowych, takich jak: barwa, gęstość, temperatura zapłonu, liczba kwasowa, liczba zasadowa, pozostałość po spopieleniu, zawartość wody oraz wymagań funkcjonalnych określających ich własności eksploatacyjne. Znajomość własności funkcjonalnych olejów hydraulicznych jest istotna dla właściwego doboru oleju oraz zapewnienia optymalnych warunków pracy systemu hydraulicznego.
2.1. Lepkość. Lepkość oleju hydraulicznego oraz jej zależność od temperatury (wskaźnik lepkości) jest podstawowym parametrem branym pod uwagę przy doborze oleju do systemu hydraulicznego. W sprzęcie ruchomym wymagany jest wskaźnik lepkości rzędu 150. W warunkach pracy ciągłej, w wysokiej temperaturze, lepkość nie może przekraczać wartości minimalnej. Przyjmuje się, że dla olejowych systemów hydraulicznych krytyczna minimalna wartość lepkości wynosi 5 mm 2 /s. 2.2 Odporność na utlenianie. Odporność na utlenianie jest ważnym czynnikiem decydującym o trwałości oleju hydraulicznego. W toku utleniania oleju rośnie jego lepkość, powstają osady unieruchamiające zawory, zatykające filtry oraz działające korozyjnie na metale. 2.3. Ochrona przed korozją. Czynnikami obniżającymi ochronę metali przed korozją przez olej hydrauliczny są woda oraz produkty utlenienia obecne w oleju. Zapewnienie pełnej ochrony antykorozyjnej wymaga zastosowania efektywnych inhibitorów korozji. Skuteczna ochrona przed korozją szczególnie jest wymagana w maszynach pracujących sezonowo (jeden do dwóch miesięcy) np. kombajny zbożowe, buraczane i.t.p. 2.4. Własności smarne. Z uwagi na wzrastające wysilenie warunków pracy systemów hydraulicznych pod wysokim ciśnieniem, wiele elementów w tym szczególnie pomp pracuje w warunkach tarcia granicznego. Rodzi to konieczność stosowania w olejach hydraulicznych dodatków smarnych o działaniu przeciwzużyciowym (AW) i przeciwzatarciowym (EP). 2.5. Stabilność termiczna. W toku pracy systemu hydraulicznego 10-25% energii mechanicznej w wyniku procesów tarcia ulega przekształceniu w ciepło powodując wzrost temperatury oleju. W obszarze węzłów tarcia w wyniku lokalnego wzrostu temperatury następuje rozkład termiczny dodatków smarnych. Produkty rozkładu działają korozyjnie na metale oraz tworzą szlamy i osady. W przeciętnych warunkach oleje hydrauliczne nagrzewają się do temperatury w granicach 35 0 C do 75 0 C w przypadku ciężkich warunków nawet do 95 0 C i wyżej. Wzrost temperatury pracy olejów (działający destrukcyjnie) zależy od ciśnienia występującego w układzie, temperatury otoczenia, wydajności chłodnic. Wraz ze wzrostem temperatury lepkość maleje. Wzrost temperatury pracy (o każde 10 0 C) powyżej 60 0 C powoduje podwojenie szybkości utleniania oleju. Efektywność pracy hydrauliki maszyny o znacznym zużyciu eksploatacyjnym możemy poprawić poprzez zastosowanie w okresie letnim oleju o wyższej (o jedną klasę) lepkości np. VG 68 przy stosowanej dotychczas lepkości VG 46. 2.6. Filtrowalność. Dla zapewnienia właściwych warunków pracy systemu hydraulicznego konieczne jest utrzymanie wysokiej czystości oleju hydraulicznego. Wydzielone w toku pracy oleju zanieczyszczenia mechaniczne pochodzące z zużycia ciernego, procesów korozji i utlenienia oleju, destrukcji dodatków usuwane są w sposób ciągły z oleju poprzez filtrację. Opory filtracji zależne są od składu oleju hydraulicznego i charakteru zanieczyszczeń. Obecność w składzie oleju detergentów (oleje HLPD) ułatwia proces filtracji.
2.6.1 Wygląd oleju. Wygląd oleju oceniany jest wzrokowo. Jest on źródłem informacji zarówno o stanie oleju jak i stanie maszyny. Zmieniony wygląd oleju (znaczne pociemnienie) w stosunku do oleju świeżego świadczy, że uległ on procesom degradacji. Gdy olej nie uległ pociemnieniu świadczy to, że jest on właściwie dobrany do warunków pracy. Zmieniona barwa oleju na ciemną, świadczy o postępującym procesie jego starzenia lub termicznego rozkładu. Może to być skutkiem zbyt długiego użytkowania lub działania zbyt wysokiej temperatury. Zmiana barwy oleju może również świadczyć o odmyciu osadów po oleju wcześniej użytkowanym, który był zbyt niskiej jakości w stosunku do wymagań maszyny. Zmętnienie oleju (kolor mleczny) świadczy o przedostawaniu się do oleju wody lub innych nierozpuszczalnych w nim cieczy eksploatacyjnych, np. olejów syntetycznych na bazie glikoli. Zmętnienie oleju może również świadczyć o wypadaniu z oleju osadów, pochodzących z dodatków. 2.7. Zdolność do wydzielania powietrza. Rozpuszczalność powietrza w oleju hydraulicznym jest funkcją ciśnienia w układzie hydraulicznym. W strefach skokowego obniżenia ciśnienia np. za zaworami następuje gwałtowne wydzielenie pęcherzyków powietrza. Powstająca piana w strefach dużej szybkości przepływu powoduje uszkodzenia kawitacyjne powierzchni zaworów i pomp. Dla ograniczenia powyższych zjawisk, istotną cechą oleju jest jego zdolność do szybkiego odpowietrzania. 2.8. Zdolność do deemulgowania. Woda obecna w oleju hydraulicznym powoduje szereg szkodliwych zjawisk, takich jak hydroliza dodatków. Stąd też ważną własnością olejów hydraulicznych jest zdolność do deemulgowania. Na podstawie badań olejów w okresie eksploatacji, ustalono dopuszczalne wartości zawartości wody, która dla olejów hydraulicznych wynosi 0,2%. 3. OBSŁUGA UKŁADÓW HYDRAULICZNYCH Napędy hydrauliczne są ważnymi elementami wykonawczymi wielu funkcji w maszynach i ciągnikach rolniczych. Wśród ich zalet można wymienić min: - możliwość łatwej, bezstopniowej regulacji prędkości ruchu, pozbawionego drgań i wstrząsów, - odporność na przeciążenia, - możliwość uzyskania dużych sił roboczych, - dużą sprawność i pewność działania. 3.1 Czynniki wpływające na funkcjonowanie układów hydraulicznych. Szczelność układów hydraulicznych Jest podstawowym warunkiem ich sprawnego działania. Stosowane wysokie ciśnienia wtrysku wymagają specjalnych uszczelnień. Uszczelki montowane są na powierzchniach styku, gdzie uszczelnienie uzyskujemy przez odkształcenie powierzchni. Uszczelnienia w układach hydraulicznych są tak ukształtowane, że ciśnienie w układzie wspomaga ich działanie, a więc działają prawidłowo tylko przy odpowiednim (wysokim) ciśnieniu.
Czystość olejów hydraulicznych Należy bezwzględnie chronić olej przed zanieczyszczeniami w czasie jego przelewania i transportu do maszyny. Używać czystych naczyń. Dbać o czystość zewnętrznych powierzchni układu hydraulicznego. Znajdujące się na zewnętrznej powierzchni tłoczyska zanieczyszczenia mogą być wciągane do wnętrza układu np. z zabrudzonych tłoczysk. Również podczas demontażu, naprawy i montażu czystość jest podstawowym warunkiem późniejszego, prawidłowego działania. Pompa układu hydraulicznego jest napędzana z silnika lub skrzyni biegów. W tym celu montuje się przystawkę odbioru mocy. Przystawka musi być dobrana zgodnie z zaleceniami producenta urządzenia hydraulicznego pod względem obrotów momentu obrotowego niezbędnych dla uzyskania przez pompę wymaganej wydajności. Układ hydrauliczny wymaga zbiornika o określonej objętości pozwalającego na stabilizację temperatury oleju w układzie. Z tego powodu pojemność zbiornika powinna być jak największa, ale ze względów ekonomicznych i ograniczonej przestrzeni nie stosuje się dużych zbiorników. Bardzo istotnym parametrem jest odpowiedni poziom oleju w zbiorniku. Poziom ten powinien znajdować się pomiędzy stanem minimalnym a maksymalnym. Bardzo szkodliwy jest nadmiar oleju, gdyż powoduje wycieki przez korek wlewowy. Powoduje to zaolejenie filtra umieszczonego w korku i brak odpowietrzenia zbiornika, co zakłóca pracę układu. Istotną sprawą jest dobór odpowiedniego przewodu łączącego pompę ze zbiornikiem. Często podczas prac naprawczych wymieniamy przewód na nieodpowiedni np. zbyt miękki. Powoduje to podczas pracy pompy zmianę jego przekroju poprzez zassanie, a w konsekwencji niestabilną pracę układu hydraulicznego. Ważne jest również przy montażu pompy zalanie jej olejem (szczególnie gdy zbiornik jest umieszczony niżej). Brak tej czynności może spowodować zatarcie pompy. Podstawową czynnością obsługową w układach hydraulicznych jest okresowa wymiana oleju i filtrów. Wymiana musi być poprzedzona pracą układu, która spowoduje nagrzanie i rozrzedzenie oleju, daje to lepsze spłynięcie oleju ze zbiornika. Część oleju zawsze pozostaje w instalacji. Po wlaniu cieczy do zbiornika i uruchomieniu układu następuje jego samoczynne odpowietrzanie. Przed każdą wykonywaną czynnością należy zapoznać się z zaleceniami producenta urządzenia. Stosować dobre oleje hydrauliczne, przynajmniej klasy HLP. Przykładem takich olejów są wysokojakościowe oleje hydrauliczne klasy HLP i smarowe klasy CLP firmy Fuchs z grupy Renolin B. Oleje te mają zastosowanie w układach hydraulicznych pracujących przy wysokich ciśnieniach w mechanizmach i łożyskach, gdzie występują duże naciski wymagające olejów o właściwościach EP. Kolejną grupą są oleje Renolin MR posiadające w swoim składzie dodatki detergentów i dyspergentów utrzymujących układ hydrauliczny w czystości. Obniżają tarcie i zużycie ścierne, chronią przed korozją, są to oleje o dużej odporności i wytrzymałości na starzenie. Na uwagę zasługują również wysokiej jakości oleje hydrauliczne klasy HVLP o bardzo wysokim wskaźniku lepkości. Renolin B HVI 46 ma zastosowanie w większości nowoczesnych maszyn i kombajnów rolniczych.
Stosowany jest w wysokoobciążonych układach hydraulki o napędzie hydrostatycznym, pracujących przy dużych wahaniach temperatury. Oleje hydrauliczne nowej generacji wytwarzane z udziałem bezcynkowego zestawu dodatków uszlachetniających typu fosfor siarka oraz olejów bazowych grupy API II/III, w zakresie osiągniętego poziomu trwałości znacznie przekraczają aktualne wymagania norm jakościowych. Przykładem takiego oleju jest Renolin ZAF 46 MC B nie zawierający cynku i popiołu, zalecany przez firmę Case do hydrauliki posiadającej elementy wykonane z duraluminium. Firma Fuchs posiada również wieloletnie i rozległe doświadczenia w stosowaniu olejów hydraulicznych biodegradowalnych grupy PLANTO. Bazą do produkcji tych środków są oleje naturalne (zwłaszcza estry oleju rzepakowego) uszlachetniane w procesach transestryfikacji, jak również estry syntetyczne oparte w większości na surowcach petrochemicznych. W porównaniu do olejów mineralnych, oleje roślinne nie zawierają węglowodorów aromatycznych oraz zawierają znikome ilości siarki. Wykazują wysoką temperaturę zapłonu (>200 o C) oraz bardzo dobrą charakterystykę lepkościową w niskich temperaturach. Cechują się natomiast znacznie wyższą, w porównaniu do olejów mineralnych podatnością na utlenienie. Coraz większe zastosowanie w układach hydraulicznych maszyn rolniczych i budowlanych mają biodegradowalne oleje hydrauliczne PLANTOHYD 40 N i PLANTOHYD S. Cechą tych olejów jest ich wysoka biodegradowalność powyżej 90%. Czynnikiem biologicznym powodującym biodegradację są drobnoustroje (bakterie, grzyby, drożdże). Niezbędnym elementem jest obecność wody oraz podwyższona temperatura. W takich warunkach olej biodegradowalny ulega rozkładowi na proste substancje: dwutlenek węgla i wodę. W praktyce takie warunki stwarza gleba i woda. Biodegradowalne oleje hydrauliczne należy wymieniać co 200 mtg lub eksploatować nie dłużej niż 1 rok. W przypadku olejów hydraulicznych na bazie mineralnej zaleca się ich wymianę po przebiegu 2000 mtg. W starszych urządzeniach, po gwarancji, czynność tą można wykonywać raz w roku, najlepiej w okresie jesiennym tuż przed zimą. Oleje hydrauliczne wyprodukowane na bazie po hydrokrakingu mogą być wymieniane (przy prawidłowej ich eksploatacji) po przebiegu 4000 mtg. Istnieje możliwość wydłużenia podanych wyżej przebiegów po badaniu oleju w laboratorium i określeniu jego parametrów granicznych. Gliwice, luty 2005 Stanisław Dykiel