РАБОЧАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК C10M173/00 C10M173/00 C10M129/08 C10M145/28 C10M105/14 C10N40/08 

Настоящее изобретение относится к смазочным веществам, а более точно - к рабочей жидкости механизмов и машин и способам ее получения.

Изобретение может быть использовано в различных гидравлических системах механизмов и машин, работающих в разных температурных режимах, в отопительных системах при ликвидации аварий, в различных смазочных системах трущихся деталей.

В настоящее время в механизмах и машинах различных типов, в промышленности, на транспорте в большом объеме применяются индустриальные масла, эффективность работы которых при экстремальных температурах (положительных и отрицательных) не обеспечивает условий пожаробезопасности. Механизмы имеют низкий КПД работы за счет высокой вязкости масла при низких температурах. Масла обладают токсичностью, подвержены бактериологическому заражению и окислению, имеют малый ресурс работы и требуют периодической замены.

Таким образом, существует проблема создания рабочих жидкостей для механизмов и машин, исключающих негативные свойства масел, перечисленные выше.

Известна рабочая жидкость и способ ее изготовления (а.с. СССР N 1613636 "Способ обеспечения режима работ в лавах, оснащенных механизированными комплексами", опубл. 12.12.90, бюллетень N 46), используемые для создания режима работы механизированных угледобывающих комплексов, работающих в очистных забоях шахт, включающие использование в качестве рабочей жидкости для гидросистем механизированных крепей водного раствора этиленгликоля, концентрация которого выбирается в зависимости от температурных условий в очистном забое шахты.

Данная жидкость через маслостанцию механизированного комплекса подается посредством системы трубопроводов, высоконапорных шлангов к гидравлическим стойкам крепи и через систему специальных клапанов обеспечивает передачу давления от маслостанции к стойкам крепи и распор крепи в породах, снятие распора, передвижение крепи в пространстве очистного забоя, а также передвижение с помощью специальных домкратов и гидропередвижчиков забойного конвейера и очистного комбайна, добывающих угол в забое.

Однако предлагаемая рабочая жидкость имеет низкую вязкость, которая, например, для характерной температуры в лавах очистных забоев шахт Севера равной (-8^oC) при концентрации этиленгликоля в водном растворе 12% составляет 3,151 мм²/с. В то же время проведенные исследования показывают, что оптимальная вязкость рабочей жидкости, обеспечивающая надежность работы механизированных крепей и других гидравлических систем механизмов и машин, должна изменяться в пределах от 11 до 21 мм²/с. Чтобы добиться такой вязкости, необходимо увеличить концентрацию этиленгликоля в водном растворе жидкости до 40 - 50%, что экономически неэффективно. Кроме того, указанная рабочая жидкость имеет низкой КПД работы.

Известна рабочая жидкость для гидравлических систем механизированных крепей (авторское свидетельство СССР N 1208072 "Рабочая жидкость для гидравлических систем механизированных крепей", опубл. 30.01.86, бюллетень N 4). Применение данной рабочей жидкости повышает несущую способность механизированных крепей за счет использования водного раствора этиленгликоля, эмульсола и добавок, снижающих коэффициент теплового расширения эмульсола, стабилизатора и ингибитора. Однако и этой рабочей жидкости присущи те же изъяны, что и предыдущей.

Применение этой рабочей жидкости в гидросистемах с рекомендуемой концентрацией этиленгликоля (17 - 22%) также не обеспечивает необходимого режима работы крепей уже при температуре -8^oC, а при температуре (-10) - (-14^oC) жидкость просто замерзает. Кроме этого проведенный широкий круг исследований и опыт эксплуатации оборудования на шахтах Севера убедительно показали, что практической необходимости в использовании в рабочей жидкости стабилизатора и ингибитора при изменении концентрации этиленгликоля, рассчитанной по предлагаемому способу, нет. Указанная жидкость имеет низкую вязкость, что приводит к снижению КПД работы гидросистемы механизмов и машин.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания рабочей жидкости для механизмов и машин и способа ее получения, обеспечивающих за счет изменения химического состава и рецептуры изготовления жидкости повышение КПД работы машин и механизмов, необходимую вязкость, пожаробезопасность условий эксплуатации, способность выдерживать работу при температуре до -60^oC, высокие смазочные, антикоррозийные, консервационные, экологические и антибактериологические свойства и, кроме этого, обеспечивающих высокую совместимость с материалами и металлами конструкций гидравлических и смазочных систем механизмов и машин.

Поставленная задача решается тем, что рабочая жидкость для машин и механизмов, включающая водный раствор этиленгликоля и эмульсола на основе нефтяного масла, согласно изобретению, дополнительно содержит полиэтиленоксид.

Целесообразно также, чтобы рабочая жидкость имела в своем составе этиленгликоль от 6,5 до 65, полиэтиленоксид от 0,5 до 0,01, эмульсол на основе нефтяного масла от2,5 до 1,5 об.% и воду от 91,0 до 33,49 об.%.

Желательно в качестве эмульсола на основе нефтяного масла использовать эмульсол, в состав которого входят легкий экстракт от очистки трансформаторного масла, каптакс, стеарат хрома, нафтенат калия, сульфонат натрия, двухатомный спирт или эмульсол, в состав которого входят экстракт фенольной очистки трансформаторных дистиллятов, триэтаноламиновая соль непредельных кислот таллового масла, калиевая соль непредельных кислот таллового масла, сульфонат натрия.

Такой состав рабочей жидкости для механизмов и машин обеспечивает высокую пожаробезопасность, смазочные, антикоррозионные и консервационные свойства. Жидкость не замерзает при температурах окружающей среды до 065^oC, а также не подвержена бактериологическому заражению, нетоксична, не вспенивается в гидросистемах. Эту жидкость целесообразно использовать в отопительных системах в случаях возникновения аварийных ситуаций, связанных с необходимостью остановки отопления для предотвращения перемерзания системы во время ремонтно-восстановительных работ.

При взаимодействии с ранее эксплуатируемыми резинотехническими средствами гидравлических систем механизмов и машин рабочая жидкость вступает во взаимодействие с ними, восстанавливает их работоспособность-эластичность на 20 - 35%.

В соответствии с этим новая рабочая жидкость позволяет в значительной степени повысить ресурс работы резиновых шлангов, прокладок, колец уплотнений в новых механизмах и машинах, а также восстановить их работоспособность и эластичность в системах, где ранее применялись индустриальные масла.

Необходимо, чтобы вязкость полученной рабочей жидкости лежала в пределах от 11 до 21 мм²/с.

Поставленная задача решается также тем, что в способе получения рабочей жидкости для машин и механизмов в разогретую до 40 - 50^oC воду при тщательном перемешивании добавляют этиленгликоль, достигая его полного растворения, а затем в полученную смесь также при перемешивании добавляют эмульсол на основе нефтяного масла, согласно изобретению, перед вводом эмульсола добавляют полиэтиленоксид и при этом его процентное содержание определяют в зависимости от ожидаемого температурного режима работы гидравлической системы механизмов и машин.

Такой способ приготовления жидкости позволяет обеспечить создание истинного раствора этиленгликоля и полиэтиленоксида, вязкость которого лежит в пределах 11 - 21 мм²/с, что предотвращает расслоение рабочей жидкости при долгом ее хранении; добавление в рабочую жидкость полиэтиленоксида позволяет обеспечить эффективную вязкость жидкости без увеличения концентрации этиленгликоля, то есть значительно, до 2,5 раз, сократить его расход и в конечном итоге получить дополнительную экономию компонентов и денежных средств.

Это позволяет в значительной степени повысить КПД работы механизмов и машин, а также повысить удельное сопротивление гидросистемы в целом, увеличить скорость срабатывания гидростоек, домкратов, гидроподъемников на 30 - 40%, снизить просадки гидростоек при постоянном их распоре на 25 - 40% и обеспечивает активный подпор гидросистемы в период ее работы.

Настоящее изобретение заключается в том, что рабочая жидкость для механизмов и машин включает, согласно изобретению, водный раствор этиленгликоля, эмульсол на основе нефтяного масла и полиэтиленоксид.

В состав рабочей жидкости включаются, об.%: этиленгликоль - 6,0 - 65; полиэтиленоксид - 0,5 - 0,01; эмульсол на основе нефтяного масла - 2,5 - 1,5; вода - 91,0 - 33,49.

В качестве эмульсола на основе нефтяного масла используется либо эмульсол, в состав которого входят легкий экстракт очистки трансформаторного масла, каптакс, стеарат хрома, нафтенат калия, сульфонат натрия, двухатомный спирт, либо эмульсол, в состав которого входят экстракт фенольной очистки трансформаторных дистиллятов, триэтаноламиновая соль непредельных кислот таллового масла, калиевая соль непредельных кислот таллового масла, сульфонат натрия.

Для приготовления рабочей жидкости по данным лабораторных исследований устанавливают температуру замерзания водного раствора этиленгликоля и проверяют ее соответствие заданному тепловому режиму, в котором предполагается эксплуатация данной гидросистемы механизмов и машин, то есть концентрация P должна быть выше значения
P≥P(T₁),
где
P(T₁) - концентрация этиленгликоля, при которой раствор замерзает при температуре T₁, %,
T₁ - температура замерзания рабочей жидкости, ^oC.

Приравнивая T₁ к температуре эксплуатации, находим P, значение которого принимает с некоторым запасом, предотвращающим замерзание рабочей жидкости в температурных условиях работы механизмов и машин. По результатам лабораторных исследований определяем кинематическую вязкость полученного раствора рабочей жидкости и устанавливаем, соответствует ли эта вязкость наиболее эффективному диапазону работы машин и механизмов, который находится в пределах 11 - 21 мм²/с. Далее, не повышая концентрацию этиленгликоля в водном растворе рабочей жидкости, для достижения эффективной вязкости в раствор вводят новый компонент - полиэтиленоксид, добиваясь эффективной вязкости рабочей жидкости. При этом концентрацию полиэтиленоксида выбираем от 0,5 до 0,01% в зависимости от общего объема раствора.

Рассмотрим конкретный пример расчета концентрации компонентов рабочей жидкости и порядок ее приготовления для гидравлических подъемников подземных холодильников с температурой окружающей среды в подземных выработках -12^oC.

Для обеспечения надежной работы гидравлической системы в этих температурных условиях необходимо, чтобы с одной стороны вязкость рабочей жидкости была в пределах 11 - 21 мм²/с, а с другой стороны водный раствор этиленгликоля не замерз при данной температуре. В соответствии с этим концентрация этиленгликоля выбирается по фактору его незамерзания при необходимой температуре эксплуатации -12^oC.

По результатам лабораторных исследований находим, что при данной температуре концентрация P этиленгликоля, при которой раствор замерзает, соответствует 24%. С некоторым запасом принимаем P = 25%. При такой концентрации этиленгликоля в водном растворе рабочая жидкость не будет замерзать при температуре -12^oC.

По результатам лабораторных исследований определяем, что кинематическая вязкость 25% раствора составляет 5,88 мм²/с, то есть вязкость не укладывается в диапазон значений эффективной вязкости, обеспечивающей высокий КПД работы гидросистемы.

Проведенные исследования показывают, что достигнуть нижнего предела эффективной вязкости (11 мм²/с) можно путем добавления в раствор нового компонента-полиэтиленоксида, концентрация которого равна 0.15% от общего объема раствора.

Лабораторные исследования показывают, что кинематическая вязкость жидкости в этом случае будет равна 20,67 мм²/с при температуре эксплуатации -12^oC.

Таким образом, для приготовления рабочей жидкости необходимо использовать 25% этиленгликоля, 0,15% полиэтиленоксида и эмульсол на основе нефтяного масла не более 2,5%, а остальное - вода. Целесообразно в качестве этиленгликоля применить многоатомные спирты III группы с массовой долей этиленгликоля 99 - 94%, массовой долей диэтиленгликоля 0,04;, безмассовой доли золы и с содержанием железа не более 0,00001%, с содержанием воды не более 0,02%, содержащих кислоты в пересчете на уксусную не более 0,00006% и плотностью при 20^oC в диапазоне от 1,113 до 1,114 г/мм³ и химической формулой CH₂OHCH₂OH.

В качестве полиэтиленоксида целесообразно использовать водорастворимый полимер, инертный к материалам, с химической формулой [CH₂CH₂O]ⁿ со степенью n полимеризации от 5⁷ до 10⁶.

В качестве эмульсола целесообразно применять эмульсол (1-й тип), в состав которого входят легкий экстракт от очистки трансформаторного масла, каптакс, стеарат хрома, нафтенат калия, сульфонат натрия, двухатомный спирт, либо эмульсол (2-й тип), в состав которого входят экстракт фенольной очистки трансформаторных дистиллятов, триэтаноламиновая соль непредельных кислот таллового масла, калиевая соль непредельных кислот таллового масла, сульфонат натрия. После произведенных расчетов рабочую жидкость приготавливают следующим образом.

В емкость заливают воду, разогретую до температуры 40 - 50^oC, при тщательном ее перемешивании добавляют этиленгликоль, обеспечивая полное растворение в воде. Затем, не прерывая перемешивания, вводим в раствор полиэтиленоксид, продолжая постоянное перемешивание раствора. После растворения полиэтиленоксида в данный раствор вводят эмульсол на основе нефтяного масла первого или второго типа.

Общее содержание раствора следующее, об.% 6,0 - 65 - этиленгликоль, 0,5 - 0,01 - полиэтиленоксид, 2,5 - 1,5 - эмульсол, остальное - вода.

Рассмотрим несколько примеров использования рабочей жидкости.

Пример 1.

Рассмотрим режим эксплуатации механизированного комплекса в лаве при температуре -6^oC. По данным лабораторных исследований находим, что концентрация P этиленгликоля, при которой раствор замерзает, соответствует 7%. С некоторым запасом принимаем P равным 12%. Это создает дополнительный запас, обеспечивающий незамерзание жидкости. Необходимая концентрация полиэтиленоксида в этом случае составляет 0,4 - 0,2%.

По описанной выше технологии приготавливаем рабочую жидкость, последовательно вводя в воду 8 - 12% этиленгликоля, 0,4 - 0,2% полиэтиленоксида, 2,5% эмульсола, а остальное - вода.

Пример 2.

Рассмотрим режим эксплуатации бульдозера при температуре -32^oC. Для нормальной работы гидросистемы концентрация P этиленгликоля, согласно лабораторным исследованиям, должна лежать в пределах 45 - 50%. С некоторым запасом принимаем P = 50%. В этом случае концентрация полиэтиленоксида составляет 0,02 - 0,01%. Данная концентрация этиленгликоля в жидкости обладает хорошими смазывающими свойствами, что говорит о возможности уменьшения количества эмульсола и полиэтиленоксида. Исследованиями установлено, что при концентрации этиленгликоля выше 45%, а это соответствует температуре эксплуатации, равной около -32^oC, процентное содержание эмульсола может быть снижено до 1,5%, а полиэтиленоксида - до 0,02 - 0,01% без ухудшения свойств рабочей жидкости.

Способ приготовления жидкости для данных температурных условий эксплуатации такой же, как и в предыдущем примере.

В таблице, представленной ниже, приведены некоторые примеры состава рабочей жидкости для различных температурных условий гидравлических систем,
где
T - температура режима эксплуатации. ^oC,
P - концентрация этиленгликоля, об.%,
K - концентрация полиэтиленоксида, об.%,
K₁ - концентрация эмульсола, об.%,
K₂ - концентрация вода, об.%.

Такой состав рабочей жидкости для машин и механизмов за счет дополнительного применения полиэтиленоксида и его взаимодействия с этиленгликолем, эмульсолом и водой позволяет повысить КПД работы машин и механизмов за счет обеспечения эффективной вязкости при изменении температурных режимов работы, обеспечивает высокую совместимость рабочей жидкости с материалами конструкций механизмов и машин, консервационные и смазочные свойства, а также значительно увеличивает срок эксплуатации гидравлических систем. Кроме того, водный раствор рабочей жидкости в пределах от 91,0 до 33,40 содержания воды обеспечивает высокую пожаробезопасность работы гидравлических систем.

Рабочая жидкость обладает также тем свойством, что при взаимодействии с ранее эксплуатируемыми резинотехническими средствами гидравлических систем механизмов и машин вступает во взаимодействие с ними и восстанавливает их эластичность до 20 - 35%, а по отношению к новым обладает инертными свойствами.

Лабораторными испытаниями исследованы на совместимость резины, применяемые для изготовления уплотнений гидрошахтного оборудования (колец резиновых круглого сечения, манжет, манжет армированных) с новой рабочей жидкостью при комнатной температуре и температуре +70^oC. Опытами определялось изменение величины весового набухания и твердости.

Исследования твердости и набухания резины позволяют говорить о стойкости резин в рабочей жидкости, то есть после продолжительного нахождения резины в рабочей жидкости ресурс ее работы увеличивается на 20 - 30% и в период работы она обладает достаточно высоким уровнем предельной деформации и повышенной химической стойкостью.

Испытания новой рабочей жидкости в машинах и механизмах, в частности в гидросистемах дорожно-строительной техники, где ранее в качестве рабочей жидкости применялось минеральное масло при температурах наружного воздуха от положительной (+30^oC) (июль месяц) до -47^oC (декабрь месяц) проводились в течение 9 мес с марта по декабрь. Установлено, что резиновые уплотнения, эксплуатируемые ранее, восстановили свою работоспособность: прекратились утечки жидкости и увеличилась скорость срабатывания гидросистемы.

Промышленные испытания на шахтах Севера и в дорожно-строительной технике, где были проведены конкретные испытания, доказали, что резинотехнические средства после продолжительного взаимодействия с рабочей жидкостью обладают высоким уровнем предельной деформации и повышенной химической стойкостью, а сама рабочая жидкость является инертной к резинотехническим средствам. Кроме этого в машинах и механизмах, в гидросистемах которых ранее применялись минеральные масла, установлен эффект восстановления резинотехнических средств.

Новая рабочая жидкость была залита в маслостанцию механизированного комплекса, который работал в очистном забое с температурой воздуха в лаве -8^oC. Рабочая жидкость через маслостанцию высокого давления направлялась через гидросистему, состоящую из трубопроводов, шлангов высокого давления, к гидростойкам механизированной крепи, гидродомкратам и гидропередвижкам; обеспечивала распор и снятие распора секций крепи, передвижение конвейера и очистного комбайна перпендикулярно всей длине очистного забоя.

Эксплуатация комплекса при применении новой рабочей жидкости показала отсутствие утечек, прекратились просадки стоек крепи и в гидросистеме поддерживалось давление, которое обеспечивало постоянный распор секций крепи между почвой и кровлей очистного забоя. Просадок крепи за весь период испытаний и дальнейшей эксплуатации не наблюдалось. Удельное сопротивление крепи увеличилось на 30 - 40%. Это убедительно доказывает, что при взаимодействии уплотнений шлангов и других резинотехнических средств с рабочей жидкостью, в которой находится этиленгликоль, эмульсол и полиэтиленоксид, изменения качества не происходит, увеличивается срок службы на 20 - 35%.

Применение новой рабочей жидкости в бульдозерах, тракторах при изменении температуры наружного воздуха в течение года от +30^oC до -47^oC показало значительное (до 50%) увеличение скорости выполнения операций гидромеханизмами, улучшилось управление машинами, увеличилась производительность машин, прекратились течи рабочей жидкости через уплотнения, что также убедительно доказывает повышение и восстановление работоспособности резинотехнических средств ранее эксплуатируемых с применением в качестве рабочей жидкости минеральных масел.

Таким образом рабочая жидкость для механизмов и машин и способов ее изготовления обеспечивает высокую пожаробезопасность, смазочные, антикоррозийные и консервационные свойства. Жидкость не замерзает при температуре окружающей среды до -60^oC, а также не подвержена бактериологическому заражению, нетоксична, не вспенивается в гидросистемах. Эту жидкость возможно использовать в отопительных системах в случаях возникновения аварийных ситуаций, связанных с необходимостью остановки отопления из-за перемерзания системы во время ремонтно-восстановительных работ. Новая рабочая жидкость позволяет в значительной степени повысить ресурс работы резиновых шлангов, прокладок колец уплотнений в новых механизмах и машинах, а также восстановить их работоспособность и эластичность в системах, где ранее применялись минеральные масла. Предлагаемая рабочая жидкость не расслаивается при долгом хранении; обеспечивает эффективную вязкость жидкости без увеличения концентрации этиленгликоля; до 2,5 раз сокращает расход этиленгликоля и обеспечивает дополнительную экономию компонентов и денежных средств.

Кроме этого работа механизмов и машин в условиях эффективной вязкости рабочей жидкости позволяет повысить КПД работы механизмов и машин; повысить удельное сопротивление гидросистемы в целом, увеличить скорость срабатывания гидростоек, домкратов, гидроподъемников на 30 - 40%, снизить просадку гидростоек при их постоянном распоре на 25 - 40% и обеспечивает активный подпор гидросистемы в период ее работы.

Изобретение относится к смазочным веществам и может быть полезно, например, при обеспечении режимов надежной работы любых гидравлических систем механизмов и машин при любых температурах эксплуатации. Рабочая жидкость для механизмов и машин включает водный раствор этиленгликоля и эмульсола на основе нефтяного масла и отличается тем, что дополнительно содержит полиэтиленоксид. Кроме того, предложен способ получения рабочей жидкости для механизмов и машин. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Рабочая жидкость для механизмов и машин, включающая водный раствор этиленгликоля и эмульсол на основе нефтяного масла, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полиэтиленоксид при следующем соотношении компонентов, об.%:
Этиленгликоль - 6 - 65
Полиэтиленоксид - 0,01 - 0,5
Эмульсол на основе нефтяного масла - 1,5 - 2,5
Вода - 33,49 - 91,0
2. Жидкость по п.1, отличающаяся тем, что в качестве эмульсола на основе нефтяного масла содержит эмульсол, в состав которого входит легкий экстракт от очистки трансформаторного масла, каптакс, стеарат хрома, нафтенат калия, сульфонат натрия и двухатомный спирт или эмульсол, в состав которого входит экстракт фенольной очистки трансформаторных дистиллятов, триэтаноламиновая соль непредельных кислот таллового масла, калиевая соль непредельных кислот таллового масла, сульфонат натрия. 3. Способ получения рабочей жидкости для механизмов и машин путем смешения воды, нагретой до 40 - 50^oС, с этиленгликолем до полного его растворения с последующим добавлением при перемешивании эмульсола на основе нефтяного масла, отличающийся тем, что перед вводом эмульсола добавляют полиэтиленоксид, при этом содержание этиленгликоля, эмульсола и полиэтиленоксида определяют в зависимости от необходимого температурного режима работы гидравлической системы механизмов и машин с получением рабочей жидкости состава по п.1.