Рабочие жидкости и уплотнительные устройства гидроприводов

 
 
 
О.Ф. Никитин  
 
 
 
 
РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ 
И УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ  
УСТРОЙСТВА ГИДРОПРИВОДОВ 
 
 
Допущено Учебно-методическим объединением вузов  
по университетскому политехническому образованию  
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,  
обучающихся по направлению 150800 «Гидравлическая, вакуумная  
и компрессорная техника»,  специальности 150802 «Гидравлические машины, 
гидроприводы и гидропневмоавтоматика» 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
Москва 2013 

УДК 621.22(075.8) 
ББК 34.41 
         H62 
 
Рецензенты: 
кафедра «Гидромеханика и гидравлические машины»  
ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет МЭИ»  
(НИУ «МЭИ»)  
(канд. техн. наук, проф. В.И. Голубев); 
 канд. техн. наук Ю.А. Петров 
 
Никитин О. Ф. 
Рабочие жидкости и уплотнительные устройства гидроприводов : учеб. пособие. — М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. — 284, [4] с. : ил. 
ISBN 978-5-7038-3664-4 
 
Изложены современные сведения о рабочих жидкостях и уплотнительных устройствах, применяемых в гидроприводах различного назначения.  
Учебное пособие состоит из двух частей. Первая посвящена применяемым в гидроприводах рабочим жидкостям. Приведен обзор их физико-химических, эксплуатационных и экологических свойств; сведения о 
перспективных направлениях применения экологически безопасных рабочих жидкостей. Большое внимание уделено вопросам эксплуатации рабочих жидкостей в составе гидроприводов, особенно их чистоте. Во второй части, посвященной уплотнительным устройствам гидроприводов, 
нашли отражение основные направления, методы выбора и применения 
уплотнительных устройств для обеспечения герметичности на всех стадиях  жизненного цикла гидроприводов. 
Учебное пособие составлено на основе курса лекций, читаемого автором в МГТУ им. Н.Э. Баумана.  
Для студентов старших курсов, изучающих вопросы проектирования, 
производства и эксплуатации гидроприводов различного назначения. Может 
быть полезно специалистам в области создания и эксплуатации гидроприводов.     
                                                                УДК 621.22(075.8) 
 
     ББК 34.41 

 
 
 
 
 
© Никитин О.Ф., 2013 
 
© Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-3664-4 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013 

Н62 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Использование гидроприводов позволяет создавать прогрес
сивные конструкции машин, расширяет возможности автоматизации промышленного производства. Рабочая жидкость (РЖ) и 
уплотнительные устройства являются определяющими элементами, от которых в значительной степени зависит эксплуатационная 
надежность гидроприводов. Круг вопросов, возникающих при рациональном выборе и эксплуатации этих элементов, охватывает 
подчас несколько отраслей наук, таких как механика твердого тела 
и жидкости, материаловедение и трибология, экономика и др. В 
книге сделана попытка представить в сжатой форме основные теоретические и практические достижения в области РЖ гидроприводов и уплотнительных устройств.  
Учебное пособие состоит из двух частей и восьми глав.  
Первая часть (главы 1—4), выпущенная в 2007 г. отдельным 
изданием, исправленная и дополненная, посвящена применяемым 
в гидроприводах РЖ. Являясь самым энергоемким элементом гидропривода, РЖ в значительной степени определяет его рабочие 
параметры и характеристики, ресурс и надежность. При выборе 
типа и марки РЖ необходимо знать ее свойства, параметры и характеристики, а также показатели качества, методы оценки и диагностирования РЖ.  

Успешная эксплуатация гидропривода в значительной степени 

определяется чистотой РЖ, которая достигается и обеспечивается 
различными методами. Вопросы определения, обеспечения и поддержания необходимого уровня чистоты РЖ представлены в книге 
достаточно подробно. Наряду с детальным изложением основных 
физико-химических и эксплуатационных свойств большое внимание уделено рассмотрению экологических свойств РЖ, перспективам разработки и применения в гидроприводах биологически разлагаемых (экологически безопасных) РЖ.   
Во второй части (главы 5—8) изложены вопросы обеспечения 
надежной герметизации всех гидроустройств и промежуточных 
соединений, приведены основные определения и термины, требо

Предисловие 

4 

вания к герметичности при разнообразных условиях эксплуатации 
уплотнительных устройств. Для правильного понимания процесса 
герметизации изложены механизмы утечек и работы уплотнений. 

Уплотнительные устройства, являясь важным элементом гидро
привода, обеспечивают его высокие рабочие параметры и надежную 
эксплуатацию. При рассмотрении контактных уплотнительных 
устройств неподвижных соединений особое внимание обращено на 
использование эластичных колец из резины и пластических материалов, уплотнение штуцерных соединений гидролиний. Уплотнения 
для подвижных соединений рассмотрены по видам движения уплотняемых пар — возвратно-поступательное и вращательное.  

При изложении вопросов конструирования и эксплуатации 

уплотнительных устройств обращено внимание на применяемые 
гермотехнические материалы, конструирование и изготовление 
мест установки эластомерных уплотнений (круглые кольца и манжеты), конструктивное исполнение штуцерных соединений гидролиний. Приведены основы прогнозирования изменения характеристик уплотнений в процессе эксплуатации, сроков эксплуатации, а 
также методы и способы контроля герметичности соединений. 
Каждая глава содержит контрольные вопросы, позволяющие 
оценить уровень усвоения учебного материала.  
Основное назначение этого издания — помочь студентам в 
изучении и закреплении знаний, необходимых при проектировании, производстве и эксплуатации гидроприводов различного назначения. Объем и порядок изложения материала в книге соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта 
и программе Министерства образования и науки Российской  
Федерации для подготовки бакалавров по специальности «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика» 
(141100).  

Автор выражает искреннюю благодарность ведущему научно
му сотруднику ОАО ЦНИИ АГ канд. техн. наук В.Б. Овандеру за 
помощь, оказанную при написании второй части учебного пособия, а также рецензентам и ведущим преподавателям кафедры 
«Гидромеханика, гидромашины и гидропневмоавтоматика» МГТУ 
им. Н.Э. Баумана за внимательное прочтение рукописи и высказанные замечания. 
Автор с благодарностью примет предложения и замечания  
по содержанию пособия, присланные по адресу: 105005, Москва, 
2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1, МГТУ им. Н.Э. Баумана; кафедра 
Э-10. E-mail: e10 bmstu@rambler. ru.  

ВВЕДЕНИЕ 

Известно, что жидкость находится в промежуточном — между 
твердым и газообразным агрегатном состоянии, а значит сочетает 
в себе их черты (сохранение объема и прочность на разрыв как у 
твердых тел и изменчивость формы как у газообразных). Поэтому 
в инженерной практике жидкостью называют физическое тело, 
обладающее свойством текучести, т. е. способное неограниченно 
изменять свою форму под действием сколь угодно малых внешних 
сил. В малых количествах жидкость принимает сферическую форму, в больших — образует свободную поверхность. Жидкость не 
имеет собственной формы, а принимает форму сосуда, который 
она занимает.  
Жидкости делят на два класса: капельные и газообразные. Первые способны образовывать капли, имеют собственный объем, и 
если он меньше объема сосуда, то всегда занимают часть его. В 
последнем случае имеется поверхность раздела. Вторые распространяются по всему объему сосуда [1]. 
Капельную жидкость называют просто жидкостью, а газообразную — газом. Жидкости, которые ничтожно изменяют свой объем 
при действии сил, называют несжимаемыми. 
Для удобства инженерных расчетов введены понятия идеальной 
(условная жидкость с абсолютными несжимаемостью и подвижностью частиц, отсутствием сцепления между ними) и реальной жидкости. В любой гидравлической системе жидкость, выполняя многообразные жизненно необходимые функции, является одним из 
основных рабочих элементов, поэтому ее называют рабочей жидкостью (РЖ). 
В гидроприводах РЖ, являясь главным элементом, обеспечивает геометрические связи за счет своего объема и служит непосредственным переносчиком энергии и импульса. Кроме того, она выполняет функции смазывающего и охлаждающего агента в парах 
трения, защищает детали от коррозии, удаляет из системы продукты износа. С ростом рабочих давлений и расширением диапазона 
температур эксплуатации существенно увеличивается значимость 

Введение 

6 

и перечень требований, предъявляемых к РЖ как к рабочему телу. 
Об этом свидетельствуют и данные по отказам гидроприводов, до 
80 % которых обусловлено состоянием РЖ и потерей ею своих 
функций. Основные причины отказов следующие: загрязненность, 
старение, повышенное газосодержание и перегрев РЖ с потерей 
смазывающей способности. В ряде случаев отказы зависят от конструктивного исполнения гидроустройств и гидроприводов. 
Как рабочее тело гидропривода РЖ может быть выбрана только на основе тщательного исследования ее физико-химических 
свойств, взаимного влияния на предполагаемые материалы конструкции, а также изучения ее рабочих характеристик на стендах и 
в условиях эксплуатации отдельных гидроустройств и системы в 
целом. Поэтому учет и знание свойств РЖ при проектировании и 
эксплуатации современных конструкций и схем гидроприводов 
являются необходимыми условиями обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик, ресурса и надежности изделия любой конструкции. 
Роль уплотнительных устройств в современных гидроприводах 
огромна. Можно без преувеличения сказать, что совершенство, 
надежность и долговечность гидропривода зависят прежде всего 
от конструкции уплотнительных узлов. Это тем более справедливо, чем выше рабочие скорости гидропривода и давления жидкости. Одна из причин нарушения работы гидропривода и его отдельных узлов — дефекты в уплотнениях. Поэтому обеспечить 
надежную герметизацию всех гидроустройств и промежуточных 
соединений — одна из главных задач при проектировании современных гидроприводов. 

 

Часть 1 

РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Введение 

8 

 

 

 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОЧИХ ЖИДКОСТЯХ 

1.1. Основные функции и свойства рабочих жидкостей 

Благодаря большой энергоемкости РЖ, являющейся рабочим 
телом гидропередачи, возможно создание компактных гидроприводов [5, 28, 33].  
Функция передачи энергии определяется упругими свойствами 
РЖ, что позволяет рассматривать ее в качестве элемента привода. 
Для выполнения этой функции необходима герметизация всех 
трактов гидропривода и учет взаимодействия РЖ с материалами 
уплотнительных устройств. 
Работоспособность и надежность всех узлов гидропривода 
обеспечивается выполнением РЖ функций смазывающего и охлаждающего агента, защиты деталей от коррозии, удаления продуктов износа. РЖ является носителем не только энергии, но и информации о техническом состоянии гидропривода, потому что в 
процессе эксплуатации ее свойства изменяются. 
Рабочий процесс гидромашины определяется такими свойствами 
РЖ, как малая сжимаемость, способность выдерживать без разрушения практически любые давления, не распадаться при протекании в 
дросселирующих щелях, выдерживать большие разрежения без кавитации, не создавать пену. Объемные и механические потери, износ 
трущихся пар определяются трением и утечками в зазорах, что связано с вязкостью РЖ. Следует также учитывать, что вязкость РЖ меняется при изменении температуры. 
В идеале РЖ должна быть термически и окислительно стабильна в течение установленного срока эксплуатации (хранения и 
использования по назначению), теплостойка, не взрыво- и пожароопасна, не токсична, совместима с применяемыми материалами и 
устойчива к пенообразованию, а также стойка к образованию 
эмульсий с водой. 
Приведенные свойства носят обобщающий характер. Например, под хорошими смазывающими свойствами понимается способность РЖ снижать трение, т. е. повышать механический КПД 

1. Общие сведения о рабочих жидкостях 

10 

пар трения; уменьшать износ пар трения, т. е. повышать их ресурс 
(долговечность); отводить теплоту от пар трения, т. е. в определенной мере повышать их безотказность; защищать детали агрегатов 
от коррозии; снижать вибрацию и шум; удалять (вымывать) из зоны трения и щелевых уплотнений продукты износа и другие загрязняющие примеси, т. е. повышать надежность агрегатов. 
Многие из приведенных свойств РЖ противоречат одно другому. Например, применение РЖ более высокой вязкости снижает 
утечки в щелевых уплотнениях (повышает подачу гидронасосов) и 
уменьшает их абразивный износ, но ухудшает теплоотвод от пар 
трения, обновление на их поверхностях граничного слоя поверхностно-активных веществ (ПАВ) и создание гидродинамического 
слоя смазки; увеличивает потери в гидролиниях; снижает допустимую высоту всасывания. Все это может привести к сокращению температурного диапазона использования гидропривода, 
снижению КПД, ресурса и безотказности насоса, повышению вибраций и уровня шума и т. п. Естественно, что РЖ с более широким 
комплексом эксплуатационных свойств имеют и более высокую 
стоимость. 
В этой связи выбор РЖ для конкретного гидропривода всегда 
компромисс между отдельными ее свойствами. Тем более что относительно той или иной гидрофицированной техники ряд перечисленных свойств РЖ может не иметь практического значения. 
Поэтому на практике разрабатываются более «узкие» спецификации на РЖ, отражающие наиболее весомые требования к ним для 
конкретного гидропривода, работающего в тех или иных условиях 
или режимах. 
Условия эксплуатации гидропривода характеризуются прежде 
всего диапазоном температур окружающей среды и допустимыми 
рабочими температурами, режимами нагружения и требуемыми 
ресурсом и сроком эксплуатации. 
Свойства∗ РЖ условно можно подразделить на три группы:  
физико-химические — плотность, объемное расширение, сжимаемость, газосодержание, вязкость (динамическая и кинематиче                                                           

∗ Свойство — качество, признак, составляющие отличительную особенность чего-либо; показатель — то, по чему можно судить о состоянии, 
развитии, ходе чего-либо; параметр — величина, являющаяся существенной характеристикой чего-либо, значения которой служат для различия 
элементов некоторого множества между собой; характеристика — описание отличительных свойств.