Декабрь 2021
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМ0РТИЗАТ0РНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И ТРЕБОВАНИЯ [10] К НИМ

Плотность жидкости. Определяется отношением массы жид­кости тж к ее объему Уж; рж = г?— (при условии, что жид-

* Ж

Кость — однородная, сплошная среда). Плотность связана с объемным весом соотношением уж = рж£ ~= 850—890 кг/м8.

Температурное расширение. Определяется изменением объема жидкости АУае под влиянием температуры: (7— Т0) уж0

И Уж1 = Кжо + гДе — коэффициент температурного

Расширения. При изменении температуры во время эксплуатации объем заправляемой жидкости зависит от коэффициента =

— 0,00065 — 0,0008 1 /град, что необходимо учитывать.

Сжимаемость. Определяется изменением объема жидкости АУжр под действием давления. Сжимаемость проявляется только при больших давлениях (500 ат и выше) и характеризуется коэф­фициентом объемного сжатия 0р: АУжр = (}р (рг — р0) Ужр0 и Ужр! V жрО ^ж:> ■

Парообразование. Определяется изменением агрегатного со­стояния жидкости на газообразное — может происходить как на поверхности (испарение), так и в жидкости при определенных условиях (температура и давление, кипение). Давление, при ко­тором жидкость закипает в нормальных температурных условиях (Г° = 15—20° С), называется давлением насыщенных паров или давлением парообразования рп = 0,6—0,8 кГ/см[11]. При таком давлении свойства жидкости, характеризуемые параметрами уж, Рр, изменяются. Давление в амортизаторах понижается до указанных величин при некоторых условиях и сопровождается так называемыми кавитационными явлениями, которые особенно усиливаются при нагреве амортизатора.

Растворение газов. Насыщение объема жидкости Уж объемом газа Уг в дисперсном состоянии подчиняется закону Генри

У, = ЧгУж, (77)

Где <7г = <7горг — коэффициент растворимости; = <7х + ц2Тг = = 0,1-0,12.

Величины и <72 зависят от рода жидкости и абсолютной ве­личины давления рг на поверхности раздела. Воздух выделяется из жидкости при понижении давления интенсивнее, чем раство­ряется. Это учитывают устройством дренажа газа в компенса­ционную полость.

Поверхностное натяжение. Проявляется в образовании устой­чивой пленки жидкости на поверхности раздела с газом. Жид­кости с выпуклым мениском менее склонны к парообразованию и облегчают создание уплотнений. Недостатком таких жидкостей являются обычно неудовлетворительные смачивающая и смазы­вающая способности, препятствующие их использованию в аморти­заторах.

Теплоемкость. Характеризуется удельной теплоемкостью Ст, которая при Тж = 0-г-100° С у минеральных масел примерно вдвое меньше, чем у воды.

Теплопроводность. Характеризуется коэффициентом тепло­проводности Ято, который зависит от температуры Кт = Хто (1 + + 0,012ТЖ) и у минеральных масел примерно в 5 раз меньше, чем у воды. При создании мощных амортизаторов с большими диаметрами рабочего цилиндра, а также при форсированных испытаниях необходимо учитывать сравнительно низкую тепло­емкость и теплопроводность рабочих жидкостей.

Вязкость. Проявляется в сопротивлении жидкости относи­тельному скольжению слоев. Возникновение разности скоростей (1и на противоположных поверхностях, отстоящих друг от друга на расстоянии с1г (в малой частице жидкости), обусловливает (по Ньютону) появление напряжения сдвига:

Где ц’ — коэффициент пропорциональности, называемый дина­мическим коэффициентом вязкости.

Закон Ньютона можно представить в следующем виде:

DPx = ц’ % dS или р’ = , (78)

DS t dz

Где dPx — элементарная величина силы вязкостного трения;

DS — площадь соприкосновения слоев в частице жидкости.

Если имеем две параллельные пластины с площадью S, рас­положенные на малом расстоянии h и движущиеся одна относи­тельно другой со скоростью х, то

TOC o "1-5" h z du х

Dz h •

Полагая, что жидкость прилипает ко всей поверхности пла­стин, найдем

Pt = |i’S-J — = vPaiS-J-, (79)

где v = ———— коэффициент кинематической вязкости.

РЖ

На практике вязкость жидкости определяют косвенными изме­рениями, основанными на истечении жидкости через калиброван­ное отверстие (вискозиметр Энглера). Применяют чаще всего по­казания вискозиметра при 20, 50 и 100° С (£2о, £50 и £100)• Пере­

Счет Е° в значения кинематической вязкости можно производить по упрощенной формуле

П п-71 0,063

V ^ 0,073с————

Соотношения между различными выражениями вязкости при­ведены в работах Т. М. Башта [2] и М. Гийона [10]. Вязкость vs смеси п минеральных масел с вязкостями V2, . . ., v„ прибли-

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМ0РТИЗАТ0РНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И ТРЕБОВАНИЯ [10] К НИМ

^сст.

1Ш0

Пооо

10000

-т°с — и) — зо — го — ю

Рис. 39. Вязкостно-температур­ные кривые некоторых аморти — заторных жидкостей:

1 —АМГ-10; 2— АЖ-І6А; 3-АЖ-12Т; 4—однотрубного амортизатора Алеи — кан (Франция); 5—амортизатора Гнр — линг (Англия); 6— Токико (Япония);

7 — веретенное масло АУ. Кривые подчиняются зависимости: V — У6()е И1 +

+ Ч_ме—и,(Г+40) [и, = 0,015 -5- 0,026, И2 и (2 -5- 5) н,]

Женно определяют из формулы V5: = v1a1 + + • • • +

Где а1г а2 . . ., ап — объемные части каждого масла в смеси.

Вязкость всех без исключения жидкостей зависит от темпе­ратуры. Относительно небольшие изменения температуры вызы-

75

Вают большие изменения вязкости. Для описания этой зависи­мости выведено много эмпирических формул. Однако они дают лишь приближенное значение вязкости V и в ограниченном диапа­зоне температур. Поэтому вязкостно-температурные характери­стики масел обычно представляют графически (рис. 39) или таб­личными данными.

Большинство рабочих жидкостей, применяемых в телескопи­ческих амортизаторах, имеет следующие характерные величины вязкости: v30 = 30-^60, v60 = 10-ь 16 и v100 = 3,5-г-6 сст. При отрицательных температурах вязкость резко возрастает и по ее величине можно условно разделить все амортизаторные жидкости на пять групп: 1) v_4o 5= 20 ООО; 2) 10 ООО с v_40 <20 000;

3) 5000 <: V—4о < 10 000; 4) 2500 ^ v_4o <5000 сст и 5) v_4o < < 2500 сст. К первой группе относятся смеси масел турбинного и трансформаторного, некоторые сорта веретенного масла — пре­имущественно из нефтей Бакинского происхождения [12] и отдель­ные образцы зарубежных амортизаторных жидкостей [67]. При­менение амортизаторных жидкостей первой группы возможно лишь в зонах с высокой и умеренной температурами. Вторая группа, к которой относится большинство амортизаторных жид­костей, пригодна для эксплуатации в зоне с умеренной темпера­турой и с определенными ограничениями — в условиях Севера. К третьей группе относятся так называемые всесезонные аморти­заторные жидкости типа АЖ-12Т, испытания которых в районе Магадана при отрицательных температурах —50—60° С пока­зали их пригодность с точки зрения предотвращения поломок телескопических амортизаторов. К четвертой группе принадле­жит жидкость АЖ-16А, которая почти наполовину является синтетической жидкостью, так как содержит присадку этилполи — силоксановой жидкости ЭПС № 5, придающей смеси отличные низкотемпературные свойства и вместе с тем самую высокую вязкость при Тж ^ 30° С сравнительно с другими маслами.

К пятой группе с наиболее низкой вязкостью при отрицатель­ных температурах относится масляная смесь АМГ-10, получаемая на основе маловязкого нефтяного дистиллята типа керосина до­бавкой высокомолекулярного загустителя. Жидкость АМГ-10 пригодна для работы в условиях отрицательных температур от —60° С и выше (см. рис. 39). Однако недостатком смеси АМГ-10 является то, что загустители типа винипола и полиизобутилена в большой мере подвержены деструкции, вследствие чего вязкость жидкости уменьшается при положительных температурах, а также нарушается герметичность.

Требования к вязкостно-температурным свойствам и темпе­ратуре застывания жидкости определяются температурным диапа­зоном, в котором должны работать амортизаторы, т. е. от —60 до 120° С и более. При температуре —60° С жидкость не должна застывать, а при температуре 120° С ее вязкость должна быть достаточной. Вязкостно-температурную кривую принято ограни­чивать тремя точками: при Т = 100 v100 5= 3,5, при Т = 50 v60S2 12 и при Т=—40° С, v_4o<:6500 ccm.

Рис. 40. Рабочие диаграммы телескопиче­ского амортизатора при заполнении жидко­стью высокой вязкости:

подпись: 
рис. 40. рабочие диаграммы телескопического амортизатора при заполнении жидкостью высокой вязкости:
Последняя величина пред­ставляется завышенной; так, например, по амери­канским требованиям к ра­бочим жидкостям для гид­росистем, функционирую­щим при низких темпера­турах, установлен предел 5000 ccm при самой низкой температуре [30]. Реко­мендованная ВНИИНП в качестве заменителя веретенного масла АУ жидкость Shell Tellus Oil 21 (Англия) также имеет повышенный индекс вяз­кости и содержит присад­ки: антиокислительную,

1 — v ^ 50 ccm; 2 — v ^ 1200 ccm 3 — v ps д 6000 ccm; 4 — V д 10 000 ccm. Сплошные ли­

Нии — при первом рабочем ходе после заполнения амортизатора; штриховая линия — на последую­щих ходах («провалы»)

подпись: 1 — v ^ 50 ccm; 2 — v ^ 1200 ccm 3 — v ps д 6000 ccm; 4 — v д 10 000 ccm. сплошные ли
нии — при первом рабочем ходе после заполнения амортизатора; штриховая линия — на последующих ходах («провалы»)
Противоизносную, анти — пенную и ингибитор ржав­ления.

Реальной температу­рой зимнего времени для многих районов Совет­ского Союза является температура —40° С. При такой низкой температуре и безгаражном хранении, при стоянке на раз­грузке—погрузке и т. п. чрезмерная вязкость амортизаторной жидкости может служить причиной поломки и полного выхода амортизатора из строя, а также и других деталей ходовой части автомобиля. В случае значительных неровностей это может про­изойти уже при трогании автомобиля с места. Наблюдения пока­зывают, что при вязкости жидкости более 2 тыс. ccm происходит блокировка подвески. Увеличение усилий сопротивлений практи­чески пропорционально повышению вязкости рабочей жидкости (рис. 40). Существенно, что при этом заполнение рабочего ци­линдра жидкостью через впускной клапан ухудшается, появ­ляются жесткие удары и стуки в амортизаторе. При напряженной
работе амортизатора усилия сопротивления постепенно сни­жаются вследствие нагрева жидкости и уменьшения ее вязкости. Так, например, при зимней эксплуатации грузового автомобиля ЗИЛ-130, когда перепад температур (воздух—амортизатор) со­ставляет 30—50° С, для разогрева амортизатора требуется время от 20 мин до одного часа в зависимости от дорожных условий И скорости движения. При стендовых испытаниях (Ущпах = = 0,5 м/сек) жидкость амортизатора нагревается всего за 2— 3 мин, и усилия сопротивления снижаются до нормальной вели­чины. Такая значительная разница объясняется тем, что скорости относительных перемещений в подвеске в этих условиях значи­тельно меньше, чем 0,5 м/сек, и, в частности, блокировкой под­вески амортизаторами. При блокировке подвески снижается устой­чивость автомобиля на дороге, повышается его склонность к за­носам, увеличиваются также вертикальные ускорения и возни­кают резкие толчки, ухудшающие плавность хода. Все указанные выше отрицательные явления подтверждаются специальными испытаниями, выполненными НАМИ и МКЗ. В связи с этим в новых технических требованиях верхний предел вязкости амортизаторной жидкости при температуре —40° С предложено регламентировать величиной v_4o с 1500 сст. Однако термо­статическая характеристика и в этом случае не будет получена, так как полная независимость характеристики амортизатора от вязкости возможна лишь при вязкости, равной 50 сст (щелевид­ные дроссели). Указанная величина определяет верхнюю границу вязкости из условия термостатической, не изменяемой при по­нижении температуры характеристики. Но так как амортизатор — ная жидкость работает и при сравнительно высоких температурах, то важна и величина вязкости при температурах 50 и 100° С. Работа с нагревом обычно обусловлена плохими дорожными условиями, а при этом (см. выше) желательно увеличение усилий сопротивлений амортизатора. В связи с этим большой интерес представляет зависимость вязкости рабочей жидкости от темпе­ратуры (кривая 3, рис. 38), так как возрастание усилий сопротив­ления амортизатора при нагреве должно происходить автома­тически.

Требование строго ограниченного снижения вязкости жид­кости при повышенных температурах связано с тем, что в усло­виях длительной работы при высоких температурах амортизаторы телескопического типа теряют некоторое количество рабочей жидкости вследствие выносного действия штока и значительного нагрева этой детали. Установлено, что за 500 тыс. циклов коле­баний на износном стенде при температуре 110° С амортизаторы с новыми уплотнительными деталями теряют до 5 см3 рабочей жидкости. Режим испытаний характеризовался частотой 380 кол/мин при амплитуде 18 мм (диаметр штока 12 мм).

К стоимости амортизатора без жидкости в пределах 1 : 10 является оправданным, если при этом гарантируется сохранность аморти­заторов в условиях всесезонной эксплуатации.

В связи с приведенным выше анализом представляют интерес и чисто синтетические жидкости, используя которые, можно значительно расширить диапазоны рабочих температур. В ка­честве примера рассмотрим жидкость типа силкодин со следу­ющими значениями вязкости [2]:

Тж в°С —60 —54 —34 38 100 200

V в ссгп…………………….. —3500 2200 600 40 16 4,3

Применяя жидкости с подобной температурно-вязкостной характеристикой в сочетании с теплостойкими уплотнениями, можно было бы значительно уменьшить размеры и вес амортиза­торов при сохранении и даже повышении их энергетических пара­метров.

Смазывающая способность. Характеризует противоизносные и противозадирные свойства рабочей жидкости, оцениваемые на четырехшариковом приборе (нагрузка ориентировочно 50 кГ при диаметре шариков 9,5 мм). Масло АУ выдерживает нагрузку около 32—35 кГ. Определение величин нагрузок для амортиза — торных жидкостей следует практиковать при повышенных темпе­ратурах около 120—140° С. В этом случае более точно можно оценить и влияние фракционного состава.

Фракционный состав жидкости. Характеризуется температу­рами вспышки и начала кипения, а также показанными выше кривыми испаряемости. Эти показатели имеют прямое отношение к давлению парообразования и антикавитационным свойствам рабочей жидкости. Имеющиеся данные о значительном влиянии эмульсации жидкости на эффективность амортизатора позволяют регламентировать нижний предел температуры вспышки Тв = 160 и минимальную температуру начала кипения Тк = 250° С.

Вспениваемость амортизаторной жидкости. Происходит при контакте жидкости с газом в условиях больших скоростей пото­ков и нагрева, при возникновении кавитационных явлений и ме­ханическом захватывании воздуха из компенсационной камеры. Образование пены (зависит от вязкости и поверхностного натяже­ния) снижает энергоемкость амортизатора и нарушает условия смазки в трущихся парах. Поэтому повышение антипенных свойств амортизаторных жидкостей является весьма важной задачей, но ввиду сложности ее решают и конструктивными мерами — полным отделением жидкости от воздуха (см. рис. 67).

Стабильность жидкости. Определяется сохранением физико­химических свойств жидкости в течение всего срока службы амортизатора (ориентировочно 5 лет) и в условиях консервации. На изменения свойств жидкости влияют следующие основные

Факторы: окисление, температура, влажность, механические де­формации и деструкция присадок, свойства конструкционных материалов, радиация и т. п.

Таблица 3

Кислотное число различных катализаторов [30]

Катализа­

Тор

Время в ч

Кислот­

Ное

Число

Вода

(-)

3500

0,17

(+)

3500

0,90

Ре

(-)

3500

0,65

(+)

400

8,10

Си

(-)

3000

0,89

(+)

150

11,2

подпись: таблица 3
кислотное число различных катализаторов [30]
катализа
тор время в ч кислот
ное
число
вода 
(-) 3500 0,17
(+) 3500 0,90
ре 
(-) 3500 0,65
(+) 400 8,10
си 
(-) 3000 0,89
(+) 150 11,2
Все органические соединения при нагреве разлагаются и соединяются с кислородом воздуха — окисляются. Кроме тем­пературы и кислорода воздуха, к одной из основных причин окис­ления относится наличие механических примесей в жидкости. Металлические частицы, грязь и вода являются своего рода ката­лизаторами окисления (табл. 3). По некоторым данным при добав­лении в жидкость 1 % примесей окис­ление ускоряется почти в 2 раза.

Величину окисления жидкости оце­нивают числом нейтрализации или кислотным числом, которое в экс­плуатации при самых напряженных условиях работы не должно превы­шать 1,0 мг КОН на 1 г жидкости.

Из опыта работы с амортизаторной жидкостью АЖ-12Т следует, что при­садки ДФ-11 и ионол в количествах соответственно —0,3 и —0,6% доста­точно эффективны, длительно сохра­няют свое действие и не влияют на другие характеристики жидкости.

Определение стабильности жидкости АЖ-12Т производится по ГОСТу 981—55, но при Тж — 140° С в течение 24 ч и пропускании воз­духа 10 л! ч. При этом осадков не допускается, начальное кислотное число — не более 0,04, после окисления — не более 0,1.

Для амортизаторов характерны резкие изменения и большие величины ускорений движения частиц (молекул) жидкости, регу­лярно достигающие величины 100 g и более. Удары и механиче­ские деформации (сжатие) жидкости приводят к разрыву длин­ных молекулярных цепей органических соединений (деструкция) и окислению «осколков». Особенно это заметно при использовании высокомолекулярных вязкостных присадок типа винипола и по­лиизобутилена, что препятствует их использованию в амортиза­торах, предназначенных для длительной эксплуатации. Деструк­ция жидкости усиливается при износе трущихся поверхностей и увеличении содержания механических примесей, так как при этом чаще возникают деформации среза в очень тонком слое жидкости.

81

подпись: 81К жидкости, помимо приведенных, предъявляются требования однородности и отсутствия расслаивания при любых возможных температурах хранения и эксплуатации, а также отсутствия

6 А. Д. Дербаремдикер
выкристаллизации отдельных компонентов. Важной характери­стикой является и гидролитическая стабильность — способность сохранять свойства при воздействии воды. В амортизаторах изменение тепературного режима и тепловое расширение вызы­вают «дыхание» компенсационной камеры и конденсацию прони­кающей внутрь влаги. Наличие даже следов воды в амортизатор — ной жидкости является крайне нежелательным, во-первых, из-за интенсивного парообразования воды при температуре 100° С, которое ведет к пенообразованию и резкому снижению энерго­емкости амортизатора; во-вторых, из-за гидролиза компонентов жидкости, сопровождающегося выделением смолистых осадков, и, в-третьих, из-за возникновения электролитических процессов, вызывающих коррозию конструкционных материалов, эрозию и отслаивание хромового покрытия штока.

Совместимость рабочей жидкости с конструктивными матери­алами. Характеризуется отсутствием коррозионной агрессивности и вредного действия на резиновые детали и является одним из основных показателей качества конструкции. Испытание жидкости на коррозирующее действие на металл проводят по ГОСТу 2917—45. При конструировании следует исключать те материалы, которые являются катализаторами окисления жидкости. Из рас­пространенных металлов к ним относится медь и ее сплавы. Поэтому, в частности, целесообразна замена бронзовых втулок на металлокерамические (на основе железа).

Взаимодействие жидкости и резины является весьма сложным и своеобразным процессом. С одной стороны, происходит про­никновение жидкости и ее отдельных компонентов в резину, сопровождающееся набуханием резины. С другой стороны, про­исходит вымывание из резины некоторых ингредиентов, в част­ности, антифриза. В результате могут изменяться свойства как резины, так и жидкости. По этой причине в технических требова­ниях строго регламентируется набухание резины, которое должно быть минимальным. Так, например, специально подобранная для манжет амортизаторов МКЗ резина 7-ИРП-1100-1 в жидкости АЖ-12Т набухает на ±1% (в весовых и объемных соотношениях). Примерно такие же показатели имеет эта резина и в веретенном масле АУ.

Испытания на сопротивление резины набуханию в аморти- заторной жидкости производятся при температуре 70 и 100° С в течение 10 суток (в отличие от ГОСТа 421—59, предусматриваю­щего выдержку лишь 72 ч).

Свойства жидкости, залитой в амортизатор, изменять почти невозможно. Поэтому организация рабочего процесса и проекти­рование амортизатора должны базироваться на реальных свой­ствах жидкости, которые следует непрерывно улучшать. Необ­ходимость осуществления закономерного изменения силы сопро­тивления в зависимости от скорости относительного перемещения
вытеснителя жидкости (поршня, штока) и требование термоста­тической характеристики амортизатора, а также другие вопросы обуславливают необходимость обращения к гидродинамике.

Комментарии запрещены.