концентрат огнестойкой гидравлической жидкости для мобильных транспортных средств

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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-С ₁₄) 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.