Ulja za hidraulične sisteme

U hidrauličnim sistemima prenos energije vrši tečnost pod pritiskom. Pritisak tečnosti se pravilno rasprostire na sve strane u zatvorenom sistemu. Kao tečnost po pravilu se koristi hidraulično ulje. Treba razlikovati hidrostatički od hidrodinamičkog prenosa energije. Kod hidrostatičkog sistema energija koja deluje na cilindar davača prenosi se na radni cilindar preko stuba tečnosti. U hidrodinamičkim sistemima hidraulična pumpa sa pogonom izvan sistema proizvodi visok radni pritisak koji se preko hidrauličnog ulja prenosi na hidraulični motor ili radni cilindar.

Osnovna funkcija hidrauličnog ulja je da deluje kao medijum za prenošenje sile iz jedne tačke u drugu. Pored toga hidraulično ulje mora da:

obezbedi adekvatno podmazivanje
obezbedi odgovarajuće zaptivanje,
štiti sistem od rđanja i korozije,
obezbedi odgovarajuću jačinu uljnog filma u cilju smanjenja habanja,
poseduje mogućnost brzog taloženja i izdvajanja nerastvornih čestica koje uđu u sistem,
dobro odvodi toplotu,
poseduje dobre viskozno-temperaturne karakteristike,
kompatibilno sa zaptivnim materijalima,
poseduje dobru oksidacionu i termičku stabilnost, što obezbeđuje dug interval zamene

Izbor hidrauličnog ulja

Hidraulični sistem zahteva posebnu pažnju u smislu izbora fluida, čistoće fluida i opreme, jer hidraulični mehanizmi su izuzetno precizni i osetljivi uređaji. Izbor hidrauličnog ulja vrši se na osnovu preporuke proizvođača hidrauličnog sistema ili na osnovu zahteva kao što su:

Zahtev u odnosu na temperaturu okoline

Ukoliko je eksploatacija hidrauličnog sistema u okolini kod koje nema velikih temperaturnih promena (na primer u zatvorenim prostorijama ili sa regulacijom temperature ulja) bira se ulje sa indeksom viskoznosti najmanje 90 (tip HM), a ukoliko su promene temperature okoline velike, bira se ulje indeksa viskoznosti preko 120 (tip HV). U slučaju da hidraulični sistem radi u sredini gde može doći do pojave požara, bira se nezapaljiv hidraulični fluid.

U tabeli 5.106 prikazana je klasifikacija fluida za hidraulične sisteme koja je napravljena na osnovu standarda ISO 6743 i odnosi se na sastav i radne osobine hidrauličnih fluida.

Zahtev pumpe u odnosu na viskoznost ulja

Viskoznost ulja za hidraulični sistem se bira u odnosu na zahteve konstrukcije ugrađene pumpe, a zatim se u odnosu na njegovu definisanu vrednost određuju gornja i donja granica temperature ulja. Za svaki tip pumpe proizvođač definiše dozvoljene granice viskoznosti. Upotreba niže viskoznosti ulja od propisane, izaziva curenje i neadekvatno podmazivanje pokretnih delova sistema, dok upotreba više viskoznosti od propisane izaziva povećano trenje i habanje delova pumpe. Većina industrijskih hidrauličnih sistema zahtevaju viskozne gradacije ulja u intervalu od ISO VG 15 do ISO VG 100, a najčešće se javljaju gradacije ISO VG 32 i ISO VG 46.

Viskoznost hidrauličnog ulja je najvažnija fizička osobina kod izbora za određeni hidraulički sistem. Ukoliko viskoznost nekog hidraulučnog ulja ne odgovara propisima proizvođača opreme, pumpa za ulje neće ispravno raditi. Ukoliko je viskoznost preniska od propisane, može doći do curenja ulja unutar sistema, kao i do prevelikog habanja materijala. Previsoka viskoznost onemogućuje ispravan rad kod niskih temperatura.

Pumpe koje se koriste u hidrauličnim sistemima mogu biti: krilne, klipne ili zupčaste.

Zupčaste pumpe su veoma mnogo zastupljene u hidrauličnim sistemima. Mogu biti različitih veličina i za različite pritiske do 0,2 do 7 bara. Dosta su otporne na prljavštinu i čestice čvrstih kontaminanata. Međutim učinak i efikasnost opadaju srazmerno habanju. Koriste ulje viskoznosti 40 do 80 mm²/s na radnoj temperaturi.
Krilne pumpe se takođe veoma često koriste, naročito kod alatnih mašina. Manje su otporne na prljavštinu i čvrste kontaminante od zupčastih pumpi. Prilikom rada, krilce (lopatica) se troši, ali se automatski pomera i na taj način zadržava konstantna zapremina. Prema tome, učinak (efikasnost) se znatno ne menja sve dok habanje krilaca ne dostigne značajne razmere. U tom slučaju zamenjuje se ceo uložak. Izdržavaju pritisak do 200 bara. Koriste ulje viskoznosti 20 do 40 mm²/s na radnoj temperaturi.
Klipne pumpe se koriste kod hidrauličnih sistema koji rade sa pritiskom većim od 200 bar, najčešće od 350 do 400 bar, a postoje i modeli koji mogu da rade i sa pritiscima od 700 do 1000 bar-a. Ove pumpe su najmanje otporne na prljavštinu i čvrste kontaminante. Koriste ulje viskoznosti 20 do 50 mm²/s na radnoj temperaturi.

Viskoznost hidrauličnog ulja se bira prema tabeli 5.105 gde je prikazana klasifikacija industrijskih ulja po standardu ISO 3448-75.

Klasifikacija industrijskih ulja prema viskoznosti (ISO 3448 – 75)

ISO broj viskoznosti (viskozna gradacija)	Srednja vrednost kinematičke viskoznostimm²/s na 40 ⁰C	Granice kinematičke viskoznosti(mm²/s na 40 ⁰C) najmanje najviše
ISO VG 2	2,2	1,98	2,42
ISO VG 3	3,2	2,88	3,54
ISO VG 5	4,6	4,14	5,06
ISO VG 7	6,8	6,12	7,48
ISO VG 10	10	9,00	11,0
ISO VG 15	15	13,5	16,5
ISO VG 22	22	19,8	24,2
ISO VG 32	32	28,8	35,2
ISO VG 46	46	41,4	50,6
ISO VG 68	68	61,2	74,8
ISO VG 100	100	90	110
ISO VG 150	150	135	165
ISO VG 220	220	198	242
ISO VG 320	320	288	352
ISO VG 460	460	414	508
ISO VG 680	680	612	748
ISO VG 1000	1000	900	1100
ISO VG 1500	1500	1350	1650
ISO VG 2200	2200	1980	2420
ISO VG 3200	3200	2880	3520

Radne temperature hidrauličnih sistema.

Radne temperature hidrauličnog ulja mineralnog porekla su uglavnom 50 ili 60 ⁰C, a sintetičkih u opsegu od –35 do 65 ⁰C. Nezapaljivi fluidi (uljne emulzije) se mogu koristiti na radnim temperaturama od 35 do 150 ⁰C, a fluidi na bazi voda-glikoli od 5 do 65 ⁰C.

Zahtev sistema u odnosu na filtrabilnost ulja.

Filtrabilnost ulja je karakteristika koja govori o sposobnosti potpuno čistog ulja i bez vode, a zatim i sa vodom da se filtrira kroz filter 5 mm. Ova karakteristika je veoma važna samo kod ulja koja se koriste u servo sistemima kod kojih su ugrađeni filteri finoće filtriranja 5 mm i ispod te vrednosti.

ISO klasifikacija ulja za hidraulične sisteme

ISO 6743-4	Sastav i osobine:
L – HH	Rafinisana mineralna ulja bez inhibitora
L – HL	Ulja tipa HH sa dodatim inhibitorima rđe i korozije
L – HM	Ulja tipa HL sa dodatim aditivima za zaštitu od habanja
L – HR	Ulja tipa HL sa dodatim aditivima za poboljšanje indeksa viskoznosti
L – HV	Ulja tipa HM sa dodatim aditivima za poboljšanje indeksa viskoznosti
L – HG	Ulja tipa HM sa dodatim anti ”stick-slip” aditivima. Za klizne vođice i hidraulične sisteme
L – HETG	Ulja na bazi triglicerida (esteri repičinog ulja). Ekološki prihvatljivi
L – HEPG	Ulja na bazi poliglikola. Ekološki prihvatljivi
L – HEES	Ulja na bazi sintetičkih estera. Ekološki prihvatljivi
L – HEPR	Ulja na bazi polialfaolefina i srodnih ugljovodonika. Ekološki prihvatljivi
L – HS	Sintetičke, nezapaljive tečnosti
L – HF	Osnovni simbol za teško zapaljive tečnosti
L – HFAE	Teškozapaljive emulzije “ulje u vodi” sa ≥ 80% vode
L – HFAS	Teškozapaljivi vodeni rastvor hemikalija sa ≥ 80% vode
L – HFB	Teškozapaljive emulzije “voda u ulju” sa 35% vode
L – HFC	Vodeni rastvor polimera i aditiva za povećanje viskoznosti
L – HFDR	Sintetički teškozapaljivi fluidi na bazi estara fosforne kiseline. Ekološki prihvatljivi.
L – HFDS	Sintetički teškozapaljivi fluidi na bazi halogenovanih derivata. Ekološki prihvatljivi.
L – HFDT	Mešavina HFDR i HFDS. Ekološki prihvatljivi. Ne sadrže vodu.
L – HFDU	Sintetičke teško zapaljive tečnosti drugačijeg sastava. Ne sadrže vodu.
L – HA	Za hidrokinetičke prenosnike kao što su automatski prenosnici.
L – HN	Za hidrokinetičke prenosnike kao što su turbospojnice (kvačila) i pretvarači obrtnih momenata

Zahtev za biološkom razgradnjom hidrauličnih ulja zbog ekoloških aspekata.

Hidraulični fluidi sa brzom biološkom razgradnjom imaju klasu ugrožavanja vode 0, dok konvencionalna hidraulična ulja imaju klasu ugrožavanja vode 2. Imaju sledeće oznake:

HEPG – Hidraulični fluidi na bazi poliglikola. Temperatura primene od –30 do 90⁰C.

HETG – Hidraulični fluidi na bazi biljnih ulja (repičinog ulja i triglicerida). Temperatura primene ovih ulja je od –20 do 70⁰C.

HEES – Hidraulični fluidi na bazi sintetičkog estera. Temperatura primene od –30 do 90⁰C.

HEPR – Hidraulični fluidi na bazi polialfaolefina ili srodnih ugljovodonika. Temperatura primene od –50 do 80⁰C.

Teškozapaljivi hidraulični fluidi

Teškozapaljivi hidraulični fluidi se primenjuju kod onih hidrauličnih sistema koji rade u blizini izvora zapaljivosti gde postoji opasnost od pojave požara, kao što su livnice, željezare, fabrike cementa, fabrike stakla i rudnici. Prema ISO 6743-4 ili DIN 51502 izvršena je sledeća podela:

HFAE – Emulzija “ulje u vodi” sa više od 80% vode. Koristi se kod prenosa snage do 300 bara. Primenjuje se najčešće kod potpornih greda podzemnih rudnika.

HFAS – Sintetički vodeni rastvor sa više od 80% vode. Koristi se kod hidrostatičkih pogona do 160 bara i temperaturama od 5 do 55⁰C.

HFB – Emulzija “vode u ulju” sa 60% mineralnog ulja. Primenjuje se u rudarstvu na temperaturama od 5 do 60⁰C.

HFC – Rastvor vode i polimera sa više od 35% vode. Primenjuje se kod hidrostatičkih pogona u industriji i rudarstvu na temperaturama od –20 do 60⁰C.

HFDR – Sintetički tečkozapaljivi fluid bez vode, na bazi estera fosforne kiseline. Ekološki su prihvatljivi. Primenjuju se za industrijsku hidrauliku kao i za podmazivanje i redukciju turbina. Temperature primene od –20 do 150⁰C, a u hidrostatičkim sistemima od 10 do 70⁰C.

HFDU – Sintetički teškozapaljivi fluid bez vode, na bazi karboksilične kiseline. Primenjuje se kod hidrostatičkih pogona i industrijskih hidrauličnih sistema na temperaturama od –35 do 90⁰C.

Specifikacije kvaliteta hidrauličnih fluida

DIN 51524 tip1 (HL)	Hidraulična HL ulja po ISO klasifikaciji (cirkulaciona ulja), sa aditivima protiv rđe i korozije.
DIN 51524 tip 2 (HLP)	Hidraulična HM ulja po ISO klasifikaciji, sa aditivima protiv rđe, korozije i habanja. Koriste se za hidraulične sisteme koji rade u uslovima relativno umerenih temperatura.
DIN 51524 tip 3 (HVLP)	Hidraulična HV ulja po ISO klasifikaciji sa aditivima protiv rđe, korozije, habanja i aditiva za poboljšanje indeksa viskoznosti. Koriste se za hidraulične sisteme koji rade u uslovima promenljivih i niskih temperatura.
DIN 51524 tip 2 (HLPD)	Odnosi se na hidraulična HLP ulja sa visokim sadržajem deterdžentno-disperzantnih aditiva.
DIN 51524 tip 3 (HVLPD)	Hidraulična HVLP ulja sa visokim sadržajem deterdžentno-disperzantnih aditiva. Koriste se kod numerički upravljanih mašina alatki i drugih vrlo preciznih hidrauličnih uređaja.
CETOP 91 H	Evropski komitet proizvođača hidraulične i pneumatične opreme (CETOP) dao je preporuke za kvalitetni nivo hidrauličnih fluida: HH, HL, HM i HV. Svojstva protiv habanja određuju se FZG testom i krilnom pumpom Vickers V 104 C.
Cincinnati MilacronP-68, P-69, P-70	Ulja koja sadrže aditive za zaštitu od korozije, oksidacije i habanja, za hidrauliku alatnih mašina. Uz osnovna fizička svojstva, ova ulja, moraju da zadovolje posebne testove zaštite od korozije i termičku stabilnost, sa krilnim pumpama Vickers.
Vickers I-286-S	Preporuke ulja od strane Vickers-a za hidraulične sisteme u industriji. Odgovara preporuci Cetop 91 H za karakteristike krilne pumpe. Odgovara zahtevima za vatrootporne hidraulične fluide.
Vickers M-2950-S	Definišu Vickersove zahteve za fluide koji se koriste u pokretnoj hidrauličnoj opremi.
AFNORNF E 48-603 (part I)	Francuski standard za hidraulična ulja, kategorije HM, HR i HV po ISO klasifikaciji. Odnosi se na zahteve za tendenciju penjenja, indeksa viskoznosti, neutralizacionog broja, temperature paljenja, temperature stinjavanja i deemulzivnosti.
AFNORNF E 48 – 603 (part II)	Francuski standard za hidraulična ulja, kategorije HH, HL, HG po ISO. Odnosi se na zahteve za tendenciju penjenja, neutralizacionog broja, sadržaja vode, indeksa viskoznosti, deemulzivnosti i aeracije
Denison HF – O	Specifikacija za mineralna hidraulična ulja za primenu u klipnim i krilnim pumpama. Propisuje strože zahteve u odnosu na staru HF-2 specifikaciju u pogledu filtrabilnosti, hidrolitičke, termičke i oksidacione stabilnosti.
Voith3.625-6025 i 3.90-8	Voith 3.625-6025 propisuje kvalitet ulja za hidrokinetičke prenosnike u Voith turbo spojnicama tipa S, TP, DTP i T, u spojnicama sa zupčaničkom regulacijom tipa R i u hidrauličnim kočnicama tipa VHB. Specifikacija Voith 3.90-8 propisuje strožije zahteve radnih karakteristika ulja za turbotransmisije i pretvarače.
7. Luxemburg Report C.C.E.	Zamenjuje specifikaciju 6. luxemburški izveštaj. Obuhvata sve specifikacije i metode ispitivanja koje se primenjuju za različite tipove teškozapaljivih hidrauličnih fluida za upotrebu u rudnicima. Svaka zemlja preko svojih institucija odlučuje koji će se delovi izveštaja primenjivati u njihovim rudnicima.