Концентрат огнестойкой гидравлической жидкости для мобильных транспортных средств
Изобретение относится к составам концентратов жидкостей для гидравлических систем мобильных транспортных средств, работающих всесезонно в климатическом диапазоне минус 50-50°С и в пожароопасных условиях в металлургических цехах и угольных шахтах. Сущность: концентрат содержит в мас.%: вода дистиллированная или паровой конденсат 6-8, триэтаноламин 1,42-1,5, пропиленгликоль 81,3-84,5, водорастворимый полиуретан 3,6-9,43, морфолин паранитробензойной кислоты 1,18-1,2, антивспениватель 0,06-0,15, натрий олеиновокислый 0,14-0,15. Технический результат - расширение диапазона эксплуатационных свойств жидкости, сохранение физической стабильности в области температур от минус 60 до 118°С и получение при смешении с водой гидравлической жидкости, обеспечивающей работоспособность гидравлических систем при рабочих температурах от минус 45 до 100°С, давлении до 35 МПа и скорости перемещения жидкости до 2000 мин.-1. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к смазочным составам концентратов жидкостей на водной основе, используемых в виде водосодержащих рабочих жидкостей для гидравлических систем мобильных транспортных средств.
Изобретение предназначено для применения в гидравлических насосах объемного вытеснения, пневмогидравлических системах и других гидравлических системах промышленных тракторов, строительно-дорожных, наземных и подземных подъемно-транспортных средств, эксплуатируемых в пожароопасных условиях при рабочих температурах жидкости в диапазоне от минус 40°С до 100°С и при давлениях выше 25 МПа, что соответствует требованиям, предъявляемым к гидравлическим маслам группы В [1- ГОСТ 17479.3] и смазочным продуктам категорий HV [2 - ИСО 6743/4, класс L].
К таким гидравлическим системам могут быть отнесены объемные гидропривода типа аксиально-поршневых машин НП-90 и МП-90 (производства ПО «Парголовский завод», Россия и ОАРО «Гидросила», Украина), а также типов Eaton, Zauer, Danfoss, которыми укомплектованы трубоукладчики, бульдозеры, погрузчики и другие мобильные транспортные средства. Использование таких транспортных средств в угольных шахтах или металлургических цехах сопряжено с высокой вероятностью возникновения аварийных ситуаций, связанных с разрывом рукавов высокого давления и возгоранием разлитого гидравлического масла.
К пневмогидравлическим системам могут быть отнесены гидропневматические подвески мобильных транспортных средств, в которых применение масла типа МГЕ-10А, имеющего температуру вспышки в области 96-98°С, для обеспечения пожарной безопасности сопряжено с заправкой их азотом с помощью специального оборудования.
Однако все виды возгорания в гидравлических системах могут быть предотвращены путем применения огнестойкой гидравлической жидкости, обладающей достаточными противоизносными, вязкостно-температурными, антикоррозионными и антипенными свойствами.
При создании изобретения ставилась задача получения концентрата гидравлической жидкости с улучшенными эксплуатационными свойствами: широким температурным диапазоном работоспособности, от минус 40 до 100°С, при давлении 35 МПа, скорости перемещения жидкости до 2000 мин-1 (33,3 с-1), с показателем износа по ГОСТ 9490 не менее 0,4, что соответствует условиям эксплуатации объемного гидропривода мобильных транспортных средств, обеспечивающей защиту от возгорания, - экологически чистого, позволяющего проводить изготовление жидкости в условиях эксплуатации.
Известным международным стандартом предусматривается существование класса трудновоспламеняемых жидкостей, HF, наиболее экологически чистыми из которых являются водосодержащие жидкости подклассов HFAE, (эмульсии масел в воде) и HFC (водные растворы полимеров) [2].
Анализ научно-технической литературы и патентной документации выявил ряд технических решений.
Известны огнестойкие водосодержащие гидравлические жидкости на основе гликолей [3], глицерина [4], водных эмульсий [5], содержащие комплексы антикоррозионных и антифрикционных присадок и удовлетворяющие тем или иным требованиям по вязкостно-температурным свойствам, коррозионной стойкости конструкционных материалов и другим эксплуатационным свойствам.
Так, например, жидкость ПГВ [4-ГОСТ 25821], представляющая собой водный раствор глицерина и полиэтиленгликоля с антикоррозионными, антифрикционными и антипенной присадками, предназначена для применения в морской технике.
Недостатком этой водно-глицериновой жидкости является то, что она не содержит противоизносную присадку, работоспособна в более узкой области температур, от минус 30 до 80°С, и не рекомендована к изготовлению из концентрата и эксплуатации в объемном гидроприводе мобильных транспортных средств.
В качестве второго примера может быть рассмотрена гидравлическая жидкость [6], приготовляемая из концентрата в виде 18-23%-ного водного раствора, содержащего этиленгликоль, триэтаноламин, антивспениватель, минеральную основу, защитно-консервационную присадку, обладает высокими консервационными свойствами и может быть использована для испытаний внутренних полостей узлов и деталей гидравлических систем шахтных крепей.
Недостатком этой жидкости является то, что она не содержит противоизносную присадку и ее работоспособность в области положительных температур ограничивается 50°С.
В качестве третьего аналога может быть рассмотрена охлаждающая рабоче-консервационная жидкость для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобильного транспорта [7], содержащая этиленгликоль, натрий фосфорно-кислый двузамещенный, декстрин картофельный, морфолин паранитробензойнокислый, глицерин, натрий олеиновокислый, воду, предназначенную для обеспечения противокоррозионной защиты деталей системы охлаждения автомобильной техники длительного хранения (после слива жидкости из системы) и использования слитой жидкости как рабочей.
Недостатком этой жидкости является то, что она не изготавливается из концентрата, проявляет худшие противоизносные свойства (показатель износа по ГОСТ 9490 более 0,9), хотя и содержит противоизносную присадку натрий олеиновокислый, и не отвечает требованиям по вязкостно-температурным характеристикам.
Наиболее близким к изобретению является гидравлическая жидкость [8], состоящая из этилен- или пропиленгликоля (58-64%), водорастворимого полиуретана (2,9-5,5%), бензотриазола (0,3-0,5%), триэтаноламина (0,8-2,0%), триэтаноламиновой соли алкилэтоксифосфатов жирных спиртов фракции С10-С13 (0,1-0,2%), четвертичной хлористой соли несимметричного диметилалкил (С12-С14) гидразина (0,01-0,10%), антивспенивателя (0,01-0,04%), воды (до 100%) (т.е 30-40%), обладающей хорошими антифрикционными, антикоррозионными свойствами, низкой температурой застывания и низкой вязкостью при отрицательных температурах.
Недостатком известной жидкости является то, что она не удовлетворяет вышеуказанным требованиям по противоизносным свойствам (показатель износа по ГОСТ 9490 лежит в области 0,75-0,8) и не может быть приготовлена из концентрата, содержащего воду в количестве менее 20% без выделения осадков.
Технический результат настоящего изобретения заключается в расширении диапазона эксплуатационных свойств концентрата гидравлической жидкости, обладающей достаточными вязкостно-температурными, антикоррозионными и противоизносными свойствами для обеспечения возможности ее применения в объемных гидроприводах, гидропневматических подвесках и других гидравлических системах мобильных транспортных средств в любых климатических условиях, включая пожароопасные, и сохраняющей стабильность при рабочих температурах жидкости в диапазоне от минус 45°С до 100°С, давлениях выше 25 МПа, скоростях перемещения жидкости до 33,3 с-1 (2000 мин-1).
Технический результат достигается тем, что концентрат гидравлической жидкости, содержащий пропилегликоль, водорастворимый полиуретан, триэтаноламин, антивспениватель и воду, согласно изобретению дополнительно содержит, натрий олеиновокислый, морфолин паранитробензойной кислоты, при следующем соотношении, мас.%:
| Вода дистиллированная или паровой конденсат | 6,0-8,0 |
| Триэтаноламин | 1,42-1,5 |
| Пропиленгликоль | 81,3-85,4 |
| Водорастворимый полиуретан | 3,6-9,43 |
| Морфолиновая соль паранитробензойной кислоты | 1,18-1,2 |
| Антивспениватель | 0,06-0,15 |
| Натрий олеиновокислый | 0,14-0,15, |
что создает возможность получения из него при смешении с водой гидравлической жидкости нескольких модификаций по вязкостно-температурным свойствам, обладающей достаточными антикоррозионными и противоизносными свойствами и стабильностью состава в условиях эксплуатации объемных гидроприводов мобильных транспортных средств.
Качество компонентов, выпускаемых российскими предприятиями, соответствует нормативной документации: пропиленгликоль - по ТУ 6-01-926-79, триэтаноламин по ТУ 6-09-3448-92, морфолин по ТУ 6-09-649-85, паранитробензойная кислота по ТУ 6-02-12-73-83, натрий олеиновокислый по ТУ 6-09-1224-83.
В качестве антивспенивателя используется блоксополимер окиси этилена и окиси пропилена с молекулярной массой 4000-10000 (проксанол или пропинол) по ТУ 6-14-1486-75.
Морфолиновую соль паранитробензойной кислоты получают смешением в эквимолярном соотношении морфолина и паранитробензойной кислоты.
Технология получения предлагаемого состава осуществляется в аппарате с механическим перемешиванием и обогревом путем смешения компонентов в определенном порядке и соотношении при температуре 50°С в течение 3-4 часов с последующей фильтрацией. Процесс получения предлагаемого состава безотходен, не сопровождается вредными выбросами в атмосферу и пожаробезопасен.
Огнестойкую гидравлическую жидкость готовят на месте эксплуатации смешением 68-72% предлагаемого состава концентрата с водой дистиллированной или паровым конденсатом до получения 34-35%-ного водного раствора.
Для обоснования качественного и количественного состава компонентов были приготовлены 3 примера заявляемой композиции с различным содержанием водорастворимого полиуретана, пропиленгликоля и воды, составы которых представлены в таблице 1.
В таблице 2 представлены результаты испытаний основных физико-химических характеристик предлагаемого и известного смазочных составов концентратов и гидравлических жидкостей, полученных на их основе, таких как антикоррозионные свойства, вязкость кинематическая, температурный диапазон физической стабильности, а также трибологические, по ГОСТ 9490, и пожаробезопасные, в соответствии с [9], свойства.
Как видно из таблицы 2, концентрат предлагаемого состава позволяет получить гидравлическую жидкость, обладающую значительно более широким температурным диапазоном физической стабильности, соответствующим минус 60-118°С, и имеющей в качестве нефтяных аналогов по вязкостно-температурным свойствам масла МГЕ-10А [10] и «А» [11].
В пределах заявляемого диапазона концентраций компонентов может быть изготовлена та или иная модификация концентрата, позволяющая получить гидравлическую жидкость, наиболее полно отвечающую требованиям той или иной гидравлической системы. Поэтому в гидравлическом плунжерном насосе объемного вытеснения, или объемном гидроприводе, типа ГСТ-90 были проведены испытания модификации жидкости, соответствующей примеру 3 заявляемого концентрата, в сравнении с маслом «А», а в объемном гидроприводе типа БК 2.957.202, входящем в состав гидравлической системы, укомплектованной гидропневматической подвеской, были проведены испытания модификации жидкости, соответствующей примеру 2, в сравнении с маслом МГЕ-10А.
Результаты лабораторных и стендовых испытаний заявляемого состава концентрата гидравлической жидкости, проведенных в сравнении с нефтяными аналогами, приведены в таблице 3.
Приведенные результаты подтверждают то, что расширение эксплуатационных свойств концентрата гидравлической жидкости реализовалось: диаметр пятна износа на 55% ниже, чем у известного, и на 35% ниже, чем у нефтяного аналога МГЕ-10А, коэффициент трения ниже, чем у известного, и одного уровня с нефтяными аналогами, не воспламеняется при контакте с открытым пламенем и нагретой поверхностью, обеспечивает работоспособность гидравлических плунжерных насосов объемного вытеснения при давлении выше 25 МПа, температуре 100°С, частоте вращения вала 33,3 с-1.
В настоящее время проведены лабораторные, стендовые и натурные испытания 70%-ного раствора концентрата огнестойкой гидравлической жидкости заявляемого состава в, гидропневматической подвеске, заправленной воздухом вместо азота. Положительные результаты испытаний в гидропневматической подвеске доказывают устойчивость материалов к упругопластическим деформациям в среде жидкости и пожарную безопасность в контакте с воздухом.
Изобретение может быть использовано в различных областях народного хозяйства, где используются промышленные трактора, строительно-дорожные, наземные и подземные, подъемно-транспортные средства, различные самосвалы, как, например, в горнодобывающей, лесной, угольной и металлургической промышленностях.
Применение изобретения позволит заменить заправку азотом гидропневматических подвесок мобильных транспортных средств на воздух, предотвратить пожары в металлургических цехах и угольных шахтах, обеспечить экономию дефицитных нефтяных масел и экологическую чистоту окружающей среды.
| Таблица 1 | |||
| Составы примеров композиций концентрата гидравлической жидкости, мас.% | |||
| Наименование компонента | Примеры составов | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Пропиленгликоль | 85,0 | 84,63 | 81,64 |
| Вода | 8,17 | 7,22 | 6,0 |
| Триэтаноламин | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
| Натрий олеиновокислый | 0,15 | 0,15 | 0,15 |
| Морфолин паранитробензойной кислоты | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
| Антивспениватель | 0,08 | 0,08 | 0,08 |
| Водорастворимый полиуретан | 3,9 | 5,22 | 9,43 |
| Таблица 2 | ||||||
| Физико-химические характеристики примеров концентратов предлагаемого и известного составов и гидравлических жидкостей, полученных на их основе | ||||||
| № п/п | Наименование показателя | Значение показателей | ||||
| Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Известный состав [7] | Прототип [8] | ||
| 1 | Антикоррозионные свойства, изменение массы, %, ГОСТ 2917 Сталь ШХ-15, 80°С, 24 ч Сталь 38ХМВ 80°С, 24 ч Латунь ЛМцКНС 58-3.5-1,5. 80°С, 24 ч | 0,007 0,006 0,0016 | 0,006 0,005 0,0015 | 0,006 0,005 0,0015 | 0,0065 0,006 0,0014 | 0,007 0,006 0,0013 |
| 2 | Вязкость кинематическая при 50°С, мм2/с. ГОСТ 33 | 27 | 74 | 163 | Отс. | Отс. |
| 3 | Показатель активности ионов водорода, рН ГОСТ 22567 | 9,6 | 9,6 | 9,6 | 10,5 | 9,5 |
| 4 | Температурный диапазон физической стабильности, °С. ГОСТ 2177 | Минус 60-118 | Минус 60-118 | Минус 57-118 | Минус 65-114 | Минус 57-105 |
| 5 | Вязкость кинематическая при 40°С, мм2/с гидравлической жидкости ГОСТ 33 | 6,5 | 11,5 | 22,5 | Менее 1,5 | 48,5 |
| 6 | Трибологические характеристики, определенные на четырехшариковой машине трения: | |||||
| - диаметр пятна износа (Ди) при осевой нагрузке 196 Н при 15-25°С в течение 1 ч, мм, не более, для гидравлической жидкости ГОСТ 9490 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,91 | 0,71-0,85 | |
| 7 | Класс гидравлической жидкости и нефтяной аналог | МГ-5В | МГ-15В | МГ-32В | Отс. | МГ-46 |
| ГОСТ 1747.3 | Отс. | МГЕ-10А | «А» | Отс. | Отс. |
| Таблица 3 | ||||
| Результаты испытания эксплуатационных характеристик гидравлических жидкостей, полученных на базе предлагаемого концентрата и их нефтяных аналогов | ||||
| Наименование показателя | Значение показателя | |||
| Пример 1 | Масло МГЕ-10А по ОСТ 38.01.281-82 | Пример 2 | Масло А по ТУ 38.1011282-89 | |
| 1. Трибологические характеристики, определенные на четырех-шариковой машине трения: | ||||
| - диаметр пятна износа (Ди) при осевой нагрузке 196 Н при 15-25°С в течение 1 ч, мм, не более, по ГОСТ 9460; | 0,4 | 0,7 | 0,4 | 0,3 |
| 2. Работоспособность гидромотора БК.957.292 в режиме насоса при давлении 25МПа, 70°С, 33,3 с-1, 100 ч; | Обеспечивает | Обеспечивает | - | - |
| ГСТ-90, при 35 МПа, 100°С, 33,3 с-1, 500 | - | - | Обеспечивает | Обеспечивает |
| 3. Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле по ГОСТ 63456-75 | Отсутствует | 98 | Отсутствует | 175 |
| 4. Температура воспламенения, ГОСТ 13921-68 | Отсутствует | 110 | Отсутствует | 200 |
| 6. Распространение пламени вдоль струи распыла | Не распространяется | Распространяется | Не распространяется | Распространяется |
| 7. Температура застывания, °С, ГОСТ 20287 | Минус 57 | Минус 70 | Минус 54 | Минус 40 |
Источники информации
1. ГОСТ 17479.3-85. Масла гидравлические. Классификация и обозначения. М.: Издательство стандартов. - 1996 г.
2. ИСО 6743/4-87. Смазочные материалы, индустриальные масла и родственные продукты (класс L). Классификация. Часть 1. Группа Н (гидравлические масла). М. Издательство стандартов. - 1988 г.
3. Негорючие теплоносители и гидравлические жидкости. Справочное руководство. Под ред. A.M.Сухотина. Л.: Химия, 1979, 360 с.
4. ГОСТ 25821-83. Жидкость ПГВ. Технические условия. М.: Издательство стандартов. - 1993 г.
5. Кондаков Л.А. Рабочие жидкости и уплотнения гидравлических систем. М.: Машиностроение - 1982 г. С.84-90.
6. Патент РФ №2093548, С10М 173/00. Опубликован 20.10.97. Бюл. №29.
7. Патент РФ №2206591, С09К 5/00. Опубликован 20.06.2003. Бюл. №17.
8. Патент РФ №2091448, С10М 173/02. Опубликован 27.09.97. Бюл. №27.
9. Кламанн Д. Смазки и родственные продукты. М.: Химия - 1988 г. С.341-346.
10. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Под ред. В.И.Школьникова. М: Издательский центр «Техинформ»? - 1999 г., 596 с.
1. Концентрат огнестойкой гидравлической жидкости для мобильных транспортных средств, содержащий пропиленгликоль, воду, триэтаноламин, водорастворимый полиуретан и антивспениватель, отличающийся тем, что дополнительно содержит натрий олеиновокислый и морфолин паранитрообензойной кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Вода дистиллированная или паровой конденсат | 6,0-8,0 |
| Триэтаноламин | 1,42-1,5 |
| Пропиленгликоль | 81,3-84,5 |
| Водорастворимый полиуретан | 3,6-9,43 |
| Морфолин паранитробензойной кислоты | 1,18-1,2 |
| Антивспениватель | 0,06-0,15 |
| Натрий олеиновокислый | 0,14-0,15 |
2. Концентрат огнестойкой гидравлической жидкости по п.1, отличающийся тем, что в качестве антивспенивателя содержит блок-сополимер окисей этилена и пропилена с молекулярной массой 4000-10000.
