SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA

V NITRETECHNICKÁ FAKULTA

HODNOTENIE FYZIKÁLNYCH VLASTNOSTÍ EKOLOGICKEJ HYDRAULICKEJ KVAPALINY POČAS

SKÚŠKY PREVÁDZKOVOU ZÁŤAŽOU

Diplomová práca

Študijný program: Prevádzka dopravných strojov a zariadení

Študijný odbor: Dopravné stroje a zariadenia (2302800)

Školiace pracovisko: Katedra dopravy a manipulácie

Školiteľ: Ing. Radoslav Majdan, PhD.

Nitra2011 Bc. Lukáš Cisár

- 2 -

Čestné vyhlásenie

Podpísaný Lukáš Cisár týmto vyhlasujem, že som diplomovú prácu na tému: „Hodnotenie fyzikálnych vlastností ekologickej hydraulickej kvapaliny počas skúšky prevádzkovou záťažou” vypracoval samostatne s použitím uvedenej literatúry.

Som si vedomý zákonných dôsledkov v prípade, ak hore uvedené údaje nie sú

pravdivé.

V Nitre................... ..............................

- 3 -

Poďakovanie

Touto cestou si dovoľujem čo najsrdečnejšie poďakovať svojmu školiteľovi Ing.

Radoslavovi Majdanovi, PhD. za ochotu, odbornú pomoc, cenné rady a trpezlivosť pri

spracovávaní mojej diplomovej práce.

- 4 -

AbstraktPredkladaná diplomová práca informuje o výsledkoch dosiahnutých počas štúdie

zaoberajúcej sa hodnotením fyzikálnych vlastností ekologickej hydraulickej kvapaliny

počas skúšky prevádzkovou záťažou. Tieto skúšky predstavujú časť z oblasti vedeckého

odvetvia zaoberajúceho sa trením, mazaním a opotrebovaním. Testovaním hydraulickej

kvapaliny sa dostávame k reálnym fyzikálnym vlastnostiam, ktoré predstavujú veličiny,

ako kinematická viskozita, číslo kyslosti, obsah vody a obsah chemických prvkov v oleji.

Hodnoty týchto veličín sa získavajú v chemickom laboratóriu a následne sa uvádzajú

v závislostiach s časom. Vzhľadom na to, že hydraulická kvapalina je v hydraulických

systémoch veľmi dôležité médium, je treba monitorovať a zisťovať jej technický stav

pomocou hodnotenia jej fyzikálnych vlastností. Od toho závisí nielen ekonomickosť

prevádzky, ale aj životnosť hydraulických systémov.

Kľúčové slová: fyzikálne vlastnosti, ekologická hydraulická kvapalina, kinematická

viskozita, číslo kyslosti, obsah vody a obsah chemických prvkov

hydraulické systémy.

Abstract

The undergraduate thesis is informing about results accomplished during studies

entertaining with valuation of physical facilities ecological hydraulic liquid in time testing

of working stress. This testing present part from department of scientific section employed

oneself in abrasion, lubrication and detritions. Testing of hydraulic liquid is given to real

physical facilities look like kinematic viscosity, acid number, contents of water, and

contents of chemical elements. Attributes of this facilities are given in chemical laboratory

and thereafter they are work and design into graphs whit the time. In respect of, that the

hydraulic liquid is in hydraulic systems very important medium is needs monitoring and

detecting her technical conditions by valuation her physical facilities. There from depends

not only economic process, but also lifetime of hydraulics systems.

Key words: physical facilities, ecological hydraulic liquid, kinematic viscosity, acid

number, contents of water, and contents of chemical elements, hydraulics

systems.

- 5 -

OBSAH

Úvod..................................................................................................................................8

1 PREHĽAD RIEŠENEJ PROBLEMATIKY......................................91.1 Kvapaliny hydraulických sústav..............................................................................91.2 Vlastnosti hydraulických kvapalín..........................................................................10

1.2.1 Stlačiteľnosť..................................................................................................101.2.2 Viskozita.......................................................................................................111.2.3 Celkové číslo kyslosti....................................................................................14 1.2.4 Obsah vody....................................................................................................151.2.5 Obsah chemických prvkov.............................................................................16

1.3 Praktické merania fyzikálnych vlastností...............................................................181.3.1 Praktický príklad zámeny oleja......................................................................18 1.3.2 Degradácia hydraulického oleja.....................................................................19

2 CIEĽ PRÁCE.....................................................................................233 METODIKA PRÁCE A METÓDY SKÚMANIA ....................... 24

3.1 Charakteristika objektu skúmania...........................................................................243.2 Pracovné postupy pri meraní...................................................................................263.3 Spôsob získavania údajov.......................................................................................27

3.3.1 Činnosť skúšobného zariadenia......................................................................273.3.2 Postup pri odoberaní vzorky...........................................................................303.3.3 Použité metódy vyhodnotenia a interpretácie výsledkov...............................32

4 VÝSLEDKY A  GRAFICKÉ SPRACOVANIE............................34 4.1 Namerané hodnoty fyzikálnych vlastností..............................................................34 4.2 Obsah chemických prvkov......................................................................................37

5 DISKUSIA...........................................................................................40 5.1 Kinematická viskozita a číslo kyslosti....................................................................40 5.1 Obsah chemických prvkov......................................................................................41

6 ZÁVER A NÁVRH NA VYUŽITIE POZNATKOV......................437 POUŽITÁ LITERATÚRA................................................................44

- 6 -

POUŽITÉ SKRATKY, SYMBOLY A ZNAČKY

mm2/s – milimeter kubický za sekundu

VI – Viskozitný index

TAN – Celkové číslo kyslosti

mg KOH/g - miligram hydroxidu draselného na gram

FTIR – Rozbor infračerveného spektra

OES – Optická Emisná Spektrometria

mg/kg – miligram na kilogram

BN – základové číslo kyslosti (Base Number)

ERTTO – Ekologická hydraulická kapalina (Enviromentally Responsible Tractor

Transmission Oil)

WGK1 – Kategória olejov, ktoré znečisťujú vodu len v malej miere

- 7 -

ÚVOD

V prostredí poľnohospodárskej výroby sú využívané mechanizmy, ktoré čoraz viac

požívajú hydraulické prvky a pohony. Tieto hydraulické mechanizmy umožňujú prenos

energie na príslušné funkčné uzly stroja spôsobom, ktorý sa vyznačuje kompaktnosťou,

bezpečnosťou a ľahkou ovládateľnosťou. Vo väčšine konštrukcií poľnohospodárskych

strojov sa prejavuje trend k používaniu rotačných hydromotorov. U samojazdných strojov

sa používa hydrostatický pohon pre trakciu. Hydraulické systémy teda slúžia

predovšetkým na pohon mechanizmov a ďalej na manipuláciu a pohyb rôznych častí

mechanizmov, strojov a pod.

Hydraulické systémy a ich obvody spravidla obsahujú hydrogenerátor, hydromotor,

potrubie, ktoré ich spája a rozvádzače. Hydraulické obvody ďalej môžu obsahovať rad

ďalších prvkov, podľa funkcie mechanizmu. Hlavným pracovným médiom v hydraulickom

obvode je hydraulický olej, prostredníctvom ktorého sa premieňa tlaková energia na

mechanickú. V poľnohospodárskej výrobe je veľmi aktuálne zavádzanie ekologickej

hydraulickej kvapaliny z hľadiska ochrany poľnohospodárskej pôdy pred znečistením

škodlivými ropnými látkami. Vzhľadom na to že hydraulický olej ako ekologická

kvapalina má v hydraulických systémoch veľký význam a teda aj vplyv na funkčnosť

celého systému, je potrebné zameriavať sa na túto kvapalinu z pohľadu hodnotenia jej

technického stavu. Tento stav charakterizujú prevažne fyzikálne vlastnosti kvapaliny.

Hodnotenie týchto vlastností sa uskutočňuje v rámci laboratórnych skúšok na špeciálnych

zariadeniach, alebo priamo v prevádzke na poľnohospodárskych strojoch. Skúšanie

hydraulickej kvapaliny musí byť prispôsobené tak, aby sa čo najviac približovalo

zaťaženiu kvapaliny počas skutočnej prevádzky.

- 8 -

1 PREHĽAD RIEŠENEJ PROBLEMATIKY1.1 Kvapaliny hydraulických sústav

Médium, ktoré uskutočňuje prenos energie v hydraulických okruhoch je kvapalina.

Jej veľmi priaznivé vlastnosti vyplývajú zo samotnej fyzikálnej podstaty kvapalín.

Predovšetkým sa kvapalina ľahko prispôsobuje zmenám tvaru priestoru, v ktorom sa

nachádza. Touto vlastnosťou sa podobá plynným látkam, jej dôležitosť spočíva v možnosti

vedení potrubím a priestormi hydraulických strojov. Naopak praktická nestlačitelnosť

kvapalín je vlastnosťou typickou pre látky pevné. Táto vlastnosť je využitá hlavne

v hydrostatických zariadeniach.

Rôzne hydraulické zariadenia kladú na hydraulické kvapaliny rozdielne požiadavky.

Najobvyklejšia kvapalina, s ktorou sa v prírode stretávame, je voda. Jej veľmi vítanou

vlastnosťou je nízka cena, všetky ďalšie vlastnosti sú však nepríjemné, predovšetkým

veľmi negatívne pôsobí svojimi negatívnymi vplyvmi. Iba pre veľké stacionárne

zariadenia, ako sú napríklad lisy, sú použité emulzie tvorené vodou a olejom. U týchto

veľkoobjemových zariadeniach práve cena vstupuje do popredia. Hydraulické zariadenia

mobilných strojov používajú takmer výlučne oleje a to najmä oleje minerálne. V menšej

miere sa uplatňujú oleje syntetické.

V niektorých prípadoch, najmä v uzavretých hydraulických okruhoch je nutné

počítať s tepelnou rozťažnosťou kvapalín. Pre objem kvapaliny pri teplote t platí:

Vt = V0 (1+α∆t) (1)

Pre mernú hmotnosť pri teplote t platí:

ρt=ρo

1+α ∆ t , (2)

kde ∆t je rozdiel teplôt, ktorým príslušia hodnoty Vt, V0 resp. ρt , ρo ; je súčiniteľom

tepelnej rozťažnosti, ktorý má pre olej hodnotu:

α = (7-8) .10-4, ˚C

Z uvedených hodnôt vyplýva, že napríklad objem oleja pri ohriatí z 0˚C na 100˚C sa

zväčší o 7-8 %, čo sa nedá v uzavretom obvode zanedbávať.

- 9 -

1.2 Vlastnosti hydraulických kvapalín1.2.1 Stlačiteľnosť

Z hľadiska praxe bežných tlakov sú oleje prakticky nestlačiteľné. Je nutné ale mať na

pamäti, že olej, ktorý obsahuje vzduch, už stlačiteľný bude. Naviac nemožno zanedbať

stlačiteľnosť kvapalín tam, kde ide o výpočty hydraulických rázov a kmitania

v hydraulických sústavách. Potom možno zmenu objemu kvapaliny s tlakom vypočítať zo

vzťahu:

∆V = k.V1. ∆p, cm3 (3)

kde je ∆V – zmena objemu, cm3

V1 – počiatočný objem, cm3

∆p – zmena tlaku, MPa

k – súčiniteľ stlačiteľnosti s rozmedzím 0,00052 – 0,00075 , mm2.N-1

Takto vypočítaná stlačiteľnosť objemu kvapaliny platí pre kvapalinu neobsahujúcu

vzduch. Prítomnosť vzduchu v kvapaline podstatne ovplyvňuje stlačiteľnosť. Zvlášť

nerozpustiteľný vzduch priamo vytvára so zmesou oleja a bubliniek vzduchu

olejopneumatickú pružinu, čo sa nepriaznivo prejavuje napr. nepravidelným chodom

posuvných hydromotorov (posuvných valcov), zmenou polohy piestnice v závislosti na jej

zaťažení vonkajšou silou, hlukom rotačných prístrojov (hydrogenerátorov

a hydromotorov). Pokiaľ je vzduch v oleji rozpustený, potom platí, že množstvo

rozpusteného vzduchu stúpa s rastúcim tlakom kvapaliny. Pri náhlom poklese potom

dochádza k vylučovaní vzduchu, čo je zvlášť nepriaznivé v sacej časti hydrogenerátorov,

kde náhle zníženie tlaku napr. medzi odvaľujúcimi sa zubmi má za následok búrlivé

vylučovanie vzduchu a typické opotrebovanie zubov hydrogenerátora. Pohlcovaniu

vzduchu sa dá zabrániť požívaním tlakového oleja, ktorý má zníženú schopnosť penenia,

predovšetkým je však nutné tak upraviť hydraulický okruh, aby nedochádzalo k peneniu

a znemožniť prisávanie vzduchu netesnosťami v sacej časti hydrogenerátora.

- 10 -

1.2.2 Viskozita

Viskozita je jednou z najdôležitejších vlastností hydraulickej kvapaliny. Táto

vlastnosť sa prejavuje trecími silami vo vnútri kvapaliny pri jej prúdení. Je to teda miera

vnútorného trenia, ktoré je spôsobené silami odporu, ktorý kladú molekuly kvapaliny

vzájomnému pohybu.

Ak bude z kvapaliny vyťahovaná doska o zmáčanej ploche S, m2, vzdialená od steny

nádoby A, m, rýchlosťou C, m.s-1, je treba k jej vytiahnutiu sily F, N:

F=μ S . CA , N (4)

kde µ značí dynamickú viskozitu, N.s.m-2 = Pa.s

Obr.č.1: Doska ponorená v

kvapaline

V tabuľkách sa najčastejšie stretávame s kinematickou viskozitou, ktorú môžeme pri

znalosti dynamickej viskozity vypočítať zo vzťahu:

υ= μρ , m2.s-1 (5)

- 11 -

kde ρ je merná hmotnosť, kg.m-3.

Ak vynásobíme kinematickú viskozitu s hustotou kvapaliny, dostaneme dynamickú

viskozitu udávanú v Pa.s. Pre udávanie kinematickej viskozity možno využiť Englerovú

stupnicu, prepočet sa prevádza podľa vzťahu:

10−6 m2 . s−1=7,31° E−6,31° E (6)

Viskozita udávaná v Englerových stupňoch sa zisťuje na Englerovom prístroji, na

ktorom sa meria doba prietoku 200 cm3 skúšanej kvapaliny trubičkou s priemerom 2,8 mm.

Pomer nameranej hodnoty s hodnotou meranou rovnakým spôsobom pre vodu 20˚C teplou

udáva priamo viskozitu v stupňoch Englera.

V základnej charakteristike olejov uvádzaná kinematická viskozita pri 50˚C.

Prepočet na viskozitu pri teplote t je daný vzťahom:

υt=υ50(50t )

n

, (7)

kde n je exponent závislý na druhu oleja, ktorý sa pohybuje v rozmedzí n = 1,7 – 2,7

a zvyšuje sa s rastúcou viskozitou. Uvedený vplyv teploty na viskozitu je veľmi

nepríjemnou vlastnosťou zvlášť minerálnych olejov. Rozsah pracovnej teploty

u mobilných strojov pracujúcich v teréne je široký, bežne sa pohybuje v rozmedzí 20 -

80˚C, pričom pri rozbehu stroja napr. v zimných podmienkach je počiatočná teplota

podstatne nižšia , než uvedená spodná hranica. Bolo by žiaduce, aby sa viskozita behom

prevádzky nemenila, alebo aby sa menila čo najmenej. Pre posúdenie vlastností oleja

z hľadiska viskozity slúži tzv. index viskozity, ktorý vypočítame zo vzorca:

index viskozity = L−UL−H

.100 , (8)

kde L – je viskozita pri 40˚C oleja s indexom viskozity 0,99, ktorý má pri teplote 100˚C

rovnakú viskozitu ako vzorka oleja.

H – je viskozita pri 40˚C oleja s indexom viskozity 100, ktorý má pri 100˚C rovnakú

viskozitu ako vzorka oleja; hodnoty L a H zistíme z tabuliek štandartných

porovnávacích kvapalín pre viskozitu vzorku oleja pri 100˚C.

U – je viskozita vzorky oleja pri 40˚C

U tlakových špeciálnych aditívovaných olejov dosahuje index viskozity hodnôt 150

a viac. Vysoký index viskozity značí veľmi plochú závislosť viskozity na teplote, teda

vlastnosť, ktorej sa snažíme dosiahnuť u olejov určených pre široké rozmedzie pracovných

teplôt (Bauer et al., 1985).

- 12 -

Obr.č.2: Vyjadrenie viskozitného indexu zo závislosti viskozity od teploty (Barnes, 2002)

V laboratórnych podmienkach sa na stanovenie kinematickej viskozity využíva

automatizovaný merací systém TAMSON TV 2000/AKV. Meranie kinematickej viskozity

sa uskutočňuje pomocou kapilárnych viskozimetrov (Ubbelohdeho viskozimetre alebo

viskozimetre s obráteným tokom pre vysokoviskózne oleje) umiestnených v

temperovanom kúpeli, pri teplote od 40 °C do 100 °C.

Obr.č.3: Automatizovaný merací systém THAMSON TV 2000/AKV

- 13 -

1.2.3 Celkové číslo kyslosti

Celkové číslo kyslosti (TAN) je veľmi dôležitým ukazovateľom kvality používaného

oleja. Opotrebovanie oleja je okrem iného spôsobené oxidáciou uhľovodíkov, čím vznikajú

látky, ktoré majú kyslé vlastnosti. Číslo kyslosti udáva množstvo týchto kyslých látok a

tým priamo určuje stupeň degradácie oleja. Stanovenie celkového čísla kyslosti v mazacích

olejoch je založené na titrácii kyslých látok nachádzajúcich sa v skúšobnej vzorke 0,1M

alkoholickým roztokom hydroxidu draselného potenciometrickou titráciou. Meria sa

potenciál na indikačnej sklenenej elektróde oproti referenčnej chloridostriebornej

elektróde. Počas merania sa vytvorí titračná krivka, ktorej inflexný bod je bodom

ekvivalencie. Výsledkom je zistenie obsahu kyslých zlúčenín nachádzajúcich sa v oleji,

ktorý je vyjadrený celkovým číslom kyslosti a udáva sa v jednotkách mg KOH/g vzorky.

Na merania sa používa automatický titrátor 702 SM TITRINO s kombinovanou sklenenou

elektródou, chloridostriebornou elektródou a platinovou elektródou vo vhodnom

rozpúšťadle pre daný olej, napr. zmes chloroformu a izopropanolu.

Obr.č.4: Automatický titrátor 702 SM TITRINO

- 14 -

1.2.4 Obsah vody

Obsah vody v mazivách vo viazanej alebo voľnej forme je vážna kvalitatívna závada.

Prítomnosť vody v mazive znižuje kvalitu mazacieho filmu, zvyšuje možnosť korózie a

ochudobňuje olej o aditíva. Stanovenie obsahu vody v mazacích olejoch metódou Karla

Fischera volumetrickou titráciou s automatickou bi-ampérometrickou indikáciou

koncového bodu umožňuje stanoviť koncentráciu vody v oleji od 0,01 % do 10% s

celkovou neistotou 8%. Obsah vody sa vyjadruje v jednotkách hmot. %.

Metóda je založená na reakcii jódu a oxidu siričitého, ktoré sú rozpustené v zmesi

bezvodého metanolu a pyridínu.

Princípom metódy je oxidačno-redukčná reakcia, pri ktorej reagujú jód a oxid síričitý

v bezvodom metanole a pyridíne s vodou vo vzorke nasledovne:

l2+SO2+H 2 O→2 Hl+SO3 (9)

2 Hl+2 C5 H5 N → 2C5 H 5 N . Hl

(10)

SO3+C5 H 5 N →C5 H 5 NSO3 (11)

C5 H5 NSO3+CH 3OH → [C5 H 5 NSO4 CH 3 ]−¿ H+¿¿ ¿

(12)

Obr.č.5: Prístroj na meranie obsahu vody Hydac AS 2000 (Priamy senzor merania

znečistenia vodou mazacieho oleja a hydraulickej kvapaliny, 2003)

- 15 -

1.2.5 Obsah chemických prvkov

Štandardne sa využíva priame stanovenie obsahu prvkov v oleji pomocou optickej

emisnej spektrometrie s indukciou viazaným plazmantom. Takto možno stanoviť viacej

než 20 prvkov vo vzorke oleja. Prvky možno rozdeliť do troch skupín:

Trecie kovy – Využívajú sa k monitorovaniu stavu hydraulického systému

a jeho častí (napr. železo, meď, hliník, chróm, nikel, ...)

Prvky, ktoré bývajú súčasťou znečistenia (kremík, bór, sodík, ...)

Aditíva – Sú to legujúce prvky, ktoré sú súčasťou prísad (zinok, fosfor,

vápnik, síra, ...)

Je ale dôležité si uvedomiť, že niektoré prvky môžu patriť do viacerých skupín,

napríklad hliník je trecí kov, ale zároveň je súčasťou prachu spoločne s kremíkom. Bór

môže byť súčasťou prísad, ale i znečisťujúci element.

Jednou z najpoužívanejších metód zisťovania obsahu chemických prvkov je rozbor

infračerveného spektra FTIR. Jednou z výhod spektrometrie oproti klasickým metódam je,

že pri jej použití nedochádza ku kontaminácii vzorky cudzorodými látkami a je možné

zistiť zmenu kvality oleja spôsobenej buď zmiešaním s iným typom oleja alebo inou

pracovnou kvapalinou, prípadne takúto skutočnosť vylúčiť.

Pomocou metódy FTIR sa kvalitatívne, ale aj kvantitatívne stanovuje obsah

produktov vznikajúcich degradáciou oleja, obsah úbytku aditív a nárastu kontaminantov.

Hlavnými indikátormi degradácie oleja sú oxidácia (cca. 1750 cm-1), nitrácia (cca. 1600

cm-1), sulfonácia (cca. 1150 cm-1) pôvodných organických zlúčenín oleja ako aj pokles

obsahu aditív vylepšujúcich vlastnosti oleja. Medzi kontaminanty, ktoré sa do oleja

dostávajú počas prevádzky patria najmä voda, glykol a sadze vznikajúce chemickými

reakciami organického základu maziva.

- 16 -

Obr.č.6:Porovnanie infračerveného spektra nového a opotrebovaného oleja (Machalíková,

2011)

Ďalšou metódou na stanovenie obsahu chemických prvkov je metóda RD OES

(optickej emisnej spektrometrickej metódy s rotujúcou diskovou elektródou). Princípom

OES je emisia žiarenia po prijatí budiacej energie, ktorou môže byť elektromagnetické

žiarenie, elektrická alebo tepelná energia. Elektróny po prijatí energie prechádzajú na

vyššiu energetickú hladinu, ktorú samovoľne opúšťajú, pričom emitujú energiu vo forme

fotónu o veľkosti rozdielu energetických hladín. Táto metóda je veľmi vhodná pre rutinnú

analýzu veľkého počtu vzoriek za krátky čas a je dostatočne robustná. Výsledky analýz

získaných RD OES spektrometrom sú prvotnými údajmi v diagnostike leteckých motorov.

Výsledkom analýzy je posúdenie nameraných koncentrácií a v prípade prekročenia

referenčných hodnôt odporučenie korekcií pre ďalšiu prevádzku alebo priamo identifikácia

zdroja zvýšenej koncentrácie chemických prvkov.

Referenčná hodnota koncentrácie prvkov môže byť zadaná výrobcom zariadenia

alebo môže byť určená po dostatočne dlhej sledovanej prevádzke štatistickým spracovaním

výsledkov skúšok periodicky odoberaných vzoriek.

Tabuľka č.1: Analytický program spektrometra SPECTROIL M/C

- 17 -

Obr.č.7: Spektrometer SPECTROIL M/C a meracia komôrka (SLI, 2010)

1.3 Praktické merania fyzikálnych vlastnostíMeranie fyzikálnych vlastností v praxi spočíva v hodnotení vzorky vybranej

hydraulickej kvapaliny v danom stroji, alebo zariadení. Pokiaľ chceme hodnotiť olej

z hľadiska opotrebenia a jeho technického stavu, je potrebné presne vedieť, v akom

hydraulickom systéme bol olej zaťažovaný a hlavne ako dlho bol používaný. Za týmto

účelom hodnotíme opotrebenie zariadenia, technický stav oleja a znečistenie oleja.

1.3.1 Praktický príklad zámeny oleja

Zlá funkcia hydraulického systému vstrekovacieho lisu bola príčinou analýzy vzorky

hydraulického oleja. Olej v stroji mal byť Mogul HM 46. Výsledky prevedenej analýzy sú

zhrnuté v tabuľke č.2.

Tabuľka č. 2 - Výsledky analýzy hydraulického oleja

- 18 -

Parameter HodnotaKinematická viskozita pri 40˚C, (mm/s) 32,96Kinematická viskozita pri 100˚C, (mm/s) 5,509

Viskozitný index 102Číslo kyslosti, (mg KOH/g) 0,52

Prítomnosť vody NegatívneObsah zinku, (mg/kg) 450

Namerané hodnoty síce odpovedajú oleju typu HM, ale viskozitnej triede 32 a nie

ucedenej 46. Pre komplexné vyhodnotenie bola ešte prevedená infračervená analýza

vzorky. Spektrum bolo porovnané so spektrom oleja Mogul HM46. Ako je vidno na

obrázku č.8 medzi vzorkou a olejom Mogul HM46 sú evidentné rozdiely v základnom

oleji, ale aj v prísadách. Záver analýzy bol, že problémy boli spôsobené predovšetkým

neodpovedajúcou viskozitou použitého oleja. Jeho obsah aditív obecne odpovedala typovej

rade hydraulických olejov typu HM, taktiež viskozitný index, číslo kyslosti a obsah zinku

odpovedali.

Obr.č.8: Rozdielne infračervené spektrum vzorky a referenčného oleja

1.3.1.1 Degradácia hydraulického oleja

Stroj v ktorom bol používaný olej HM46 pracuje nepretržite. Olej je analyzovaný

a v pravidelných intervaloch je aplikované prídavné čistenie oleja. V tabuľke č. 3 sú

výsledky analýz oleja. Celkové nečistoty u prvých 2 vzoriek boli stanovené na membráne

s pórmi 0,8mm, u ostatných vzoriek boli použité už membrány s pórmi 0,45mm.

Tabuľka č. 3 - Výsledky analýz oleja z hydraulického lisu

- 19 -

Z tabuľky x je vidieť zaujímavý rozpor medzi kódom čistoty a hodnotou celkových

nečistôt. Pritom obsah aditívneho prvku zinku a hodnota viskozity zostávajú po celé

sledované obdobie v poriadku. Na obrázku č.9 je znázornený vplyv prídavného čistenia

hydraulického oleja na stabilizáciu opotrebenia častí hydraulického systému. Vplyvom

veľkého znečistenia na začiatku sledovania (obsah kremíku a čiastočne hliníku znamená

prach v oleji) bol i zvýšený obsah trecích kovov železa a medi (+čiastočný podiel hliníka).

Po nasadení prídavného čistenia sa obsah prachu v oleji zreteľne znížil a postupne došlo

k poklesu i obsahu trecích kovov.

Obr.č.9: Sledovanie obsahu prvkov v hydraulickom oleji

Vzorky oleja z iného lisu v rovnakom podniku ukázali rovnaký problém s trochu

inými výsledkami. Na obrázku č. 10 je zrejmý pokles čísla kyslosti a vzostup viskozity

oleja .

Obr.č.10: Priebeh hodnôt viskozity a čísla kyslosti hydraulického oleja

Na hydraulické oleje sú v prevádzke rôznych hydraulických systémov kladené

značné nároky. Olej môže svoju funkciu dobre a spoľahlivo plniť a tým prispievať

- 20 -

k bezporuchovej prevádzke, len pokiaľ je dobre ošetrovaný a pravidelne sledovaný.

(Nováček, 2009)

Na obrázku č.11, ktorý je výsledkom iného merania vidíme priebeh troch parametrov

v závislosti od počtu pracovných hodín zariadenia. Týmito parametrami sú kinematická

viskozita, oxidácia a základové číslo kyslosti u nového oleja (BN – base number).

Obr.č.11: Priebeh kinematickej viskozity, oxidácie a čísla kyslosti v závislosti od času

(Wooton, 2007)

Zmeny viskozity môžu byť spôsobené faktormi, ktoré sú uvedené v nasledovnej

tabuľke.

Tabuľka č. 4: Zmeny viskozity oleja (Barnes, 2002)

V prípade môjho merania ekologickej hydraulickej kvapaliny odpadajú zmeny

viskozity, ktoré sú spôsobené obsahom paliva, chladiva, nemrznúcou zmesou a tvorbou

karbónu. Tieto faktory vplývajú na zmeny viskozity motorového oleja.

- 21 -

Klesajúca viskozita Stúpajúca viskozita

Molekulárne zmeny

Tepelný rozpad molekúl

oleja

Stúpajúca teplota – vyšší

VI

polymerizácia

oxidácia

straty odparovaním

tvorba karbónu a oxidov

Zmeny znečistením

palivo

chladivo

rozpúšťadlá

zlý olej(malá viskozita)

obsah vody

zvetrávanie

nemrznúca zmes

zlý olej (vysoká viskozita)

Na celkové číslo kyslosti má veľký vplyv obsah chemických prvkov, ktoré sú

obsiahnuté v kvapaline. Túto skutočnosť môžeme sledovať na nasledujúcom obrázku, kde

je vyjadrené celkové číslo kyslosti nového oleja a oleja ktorý už obsahuje rôzne chemické

zlúčeniny.

Obr.č.12: Veľkosť čísla kyslosti v závislosti od obsahu chemických prvkov (Van Dam,2002)

Na obrázku č.13 vidíme priebeh čísla kyslosti, ktorý má stúpajúci charakter

v závislosti od času zaťaženia oleja. Jednotlivé krivky zobrazujú priebeh čísla kyslosti

oleja s obsahom daných prvkov.

Obr.č.13: Priebeh čísla kyslosti v závislosti od počtu hodín prevádzky zariadenia

(Van Dam 2002)

- 22 -

- 23 -

2 CIEĽ PRÁCECieľom predkladanej diplomovej práce je hodnotiť fyzikálne vlastnosti kvapaliny

v hydraulickom obvode skúšobného zariadenia počas skúšky prevádzkovou záťažou

v laboratórnych podmienkach. Tieto vlastnosti značne ovplyvňujú charakter kvapaliny

a teda aj všetky prvky v obvode, s ktorými prichádza kvapalina do kontaktu. Zlé, alebo

nedostatočné hodnoty jednotlivých veličín sa odzrkadľujú na funkčnosti, účinnosti

a v neposlednom rade aj na životnosti celého hydraulického systému. Ekologické

kvapaliny je výhodné používať v strojoch a zariadeniach, ktoré prichádzajú do kontaktu so

životným prostredím. Je ale potrebné monitorovať jej opotrebenie a technický stav po

určitých intervaloch a zistiť jej životnosť počas prevádzkového zaťaženia a teda prísť

k záveru, či je ekologická kvapalina vhodná pre použitie v hydraulických sústavách

poľnohospodárskych, ale aj iných strojov.

Počas skúšok sú v rovnakých časových intervaloch po šesťdesiatych hodinách

odoberané vzorky kvapaliny zo skúšobného zariadenia na vyhodnocovanie základných

vlastností a parametrov, ako sú: kinematická viskozita, číslo kyslosti, prítomnosť vody

a veľkosť obsahu chemických prvkov. Všetky tieto vlastnosti nám v porovnaní

s výsledkami meraní iných kvapalín dajú informácie o stave skúšanej kvapaliny ale hlavne

o kvalite a životnosti vybratého oleja.

- 24 -

3 METODIKA PRÁCE A METÓDY SKÚMANIA

Pri písaní tejto práce som postupoval systematicky podľa bodov uvedených v

zadávacom protokole bakalárskej práce. V prvom rade som sa snažil zabezpečiť potrebnú a

hlavne vhodnú literatúru k zadanej téme: Hodnotenie fyzikálnych vlastností ekologickej

hydraulickej kvapaliny počas skúšky prevádzkovou záťažou.

Na začiatku práce som vypracoval prehľad textu vo forme obsahu. Pri písaní som

sa pridržiaval bodov v zadanej osnove, pričom som používal literatúru týkajúcu sa danej

problematiky, moje vedomosti a skúsenosti z praxe. K jednotlivým témam som sa snažil

prikladať ilustračné obrázky, ktoré napomáhajú lepšie vysvetliť danú problematiku

opisovanú v texte.

Rámcová metodika práce:

· Hodnotiť fyzikálne vlastnosti kvapaliny v hydraulickom obvode skúšobného zariadenia

počas skúšky prevádzkovou záťažou v laboratórnych podmienkach.

· Navrhnúť metodiku hodnotenia fyzikálnych vlastností kvapaliny.

· Zvoliť a hodnotiť také fyzikálne vlastnosti kvapaliny, ktoré najlepšie popisujú

technický stav hydraulickej kvapaliny z pohľadu jej opotrebenia.

· Dosiahnuté výsledky vhodným spôsobom vyhodnotiť a graficky spracovať.

Po vypracovaní uvedených bodov som z napísanej práce vyhotovil záver, v ktorom

som zhrnul uvedené poznatky a skutočnosti vyplývajúce z vypracovanej štúdie.

3.1 Charakteristika objektu skúmaniaObjektom skúmania v prípade mojej štúdie sa považuje Ekologická hydraulická

kvapalina, teda ekologický hydraulický olej označovaný MOL Traktol ERTTO

(Enviromentally Responsible Tractor Transmission Oil). Tento olej sa používa ako

univerzálna hydraulická kvapalina v hydraulických sústavách traktorov. Výroba tohto oleja

sa principiálne zlučuje s výrobou rastlinného oleja s obsahom špeciálnych druhov prísad.

Za univerzálny sa považuje pre svoje vysoké spektrum použitia. Slúži ako mazivo

v prevodovkách, rozvodovkách, ako kvapalina v hydraulických sústav, v mokrých brzdách

poľnohospodárskych a stavebných strojov. V tabuľke č.5 sú uvedené niektoré základné

údaje oleja MOL Traktol ERTTO.

- 25 -

Tab.č.5: Technické údaje rastlinného oleja MOL Traktol ERTTO.

Olej MOL Traktol ERTTOje vhodné požívať hlavne v poľnohospodárskych a

lesných strojoch a v strojoch, ktoré pracujú v priamom kontakte so životným prostredím

a v okolí vodných tokov a zdrojov. Tento olej je biologicky odbúrateľný až 91% podľa

CEC L-33-A-93 (28 dní) a 65% podľa OECD 301 B. Patrí do kategórie WGK1, čo

znamená, že patrí medzi produkty, ktoré len málo znečisťujú vodu.

Keďže tento olej je použitý ako pracovné médium v zariadení, ktoré slúži na skúšku

prevádzkovou záťažou, pokladáme aj toto zariadenie za dôležitú súčasť skúšky. Je dôležité

všímať si všetky prvky v tomto simulačnom zariadení, keďže prichádzajú do priameho

kontaktu so skúšanou kvapalinou.

Simulačné zariadenie je navrhnuté ako hydraulický obvod ktorým prúdi kvapalina,

pričom pri behu zariadenia sa opotrebovávajú pohyblivé časti jednotlivých prvkov.

Kovové a iné nečistoty pochádzajúce z opotrebovaných styčných plôch sústavy sú

zachytávané vo filtri, ale aj napriek tomu olej obsahuje mikroskopické čiastočky, ktoré sú

voľným okom neviditeľné. Z tohto dôvodu sledujeme nielen prvotný objekt, ktorým je

ekologický hydraulický olej, ale aj zariadenie, v ktorom je olej testovaný.

Obr.č.14: Ekologická hydraulická kvapalina v nádrži skúšobného zariadenia

- 26 -

ParameterParameter JednotkaJednotka HodnotaHodnota

Kinematická viskozita pri 100 °C mm2 . s-1 10,38

Kinematická viskozita pri 40 °C mm2 . s-1 47,89

Viskozitný index VI - 213

Bod tuhnutia °C -39

3.2 Pracovné postupy pri meraní

Celá kompletná skúška hydraulickej kvapaliny pozostáva z nasledovných operácií:

Naplnenie nádrže hydraulického okruhu novým hydraulickým olejom, pričom je

potrebné dbať na to, aby nádrž a všetky súčasti boli dôkladne čisté a neobsahovali

nečistoty, ani iné cudzie prvky, ktoré by skresľovali výsledné meranie kvapaliny.

Spustenie skúšobného zariadenia a následná simulácia zaťažujúcich prevádzkových

stavov v reálnom hydraulickom stroji v praxi.

Odber vzorky kvapaliny po daných intervaloch (60 hodín), pričom pri odbere

vzorky musí byť zariadenie v chode a olej musí biť zahriaty na pracovnú teplotu

50˚C.

Odoslanie odobranej vzorky do laboratória Wearcheck na chemickú analýzu

Obr.č.15: Skúšobné zariadenie kvapaliny prevádzkovou záťažou

- 27 -

3.3 Spôsob získavania údajov

3.3.1 Činnosť skúšobného zariadeniaPracovný hydraulický okruh skúšobného zariadenia je tvorený hydrogenerátorom

HG1 a ako simulácia záťaže namiesto hydromotora v okruhu figuruje proporcionálny

tlakový ventil p45-W od výrobcu Orsta Hydraulik.

Po spustení zariadenia sa začne točiť zubový hydrogenerátor HG1 poháňaný

elektromotorom EM1. Hydrogenerátor HG1 nasáva cez filter F1 hydraulický olej z nádrže

N. Potrubím je olej pumpovaný do trojpolohového rozvádzača RO. Pri tomto meraní bol

rozvádzač v základnej polohe. Kvapalina teda prúdila do proporcionálneho tlakového

ventilu p45-W. 1, ktorý simuluje prevádzkové tlakové zaťaženie namerané v hydraulickom

okruhu traktora. Pri prietoku kvapaliny cez proporcionálny ventil nastávajú zmeny tlaku

v sústave, čo môžeme sledovať na tlakomeri TL. Zmeny tlaku sú spôsobené simuláciou

záťažových stavov počas prevádzky. Skutočnosť, že hydraulický okruh traktora je v praxi

zaťažovaný, sa odráža na zmene tlaku v hydraulickej sústave, ktorá je spôsobená premenou

tlakovej energie na pohybovú. Toto je simulované proporcionálnym tlakovým ventilom

p45-W. Kvapalina prechádzajúca cez ventil prúdi cez tlmič tlakových rázov A späť do

nádrže N. Tlmič A má v obvode 2. funkcie. Prvá je, že slúži ako spojnica jednotlivých

vetiev odvodu. Druhou funkciou tlmiča A je, že tlmí tlakové rázy.

Hydraulická sústava skúšobného zariadenia sa skladá z dvoch hlavných okruhov,

z ktorých jeden je pracovný a druhý chladiaci. Cirkulácia kvapaliny v chladiacom okruhu

je zabezpečená hydrogenerátorom HG2, ktorý beží nepretržite po spustení skúšobného

zariadenia. Kvapalina je nasávaná z nádrže N cez filter F2 a prúdi cez chladiče CH1

a CH2, ktoré sú zapojené do série za sebou. Elektromotory, ktoré poháňajú ventilátory

chladičov sú uvedené do činnosti po prekročení prevádzkovej teploty oleja, ktorá je

snímaná teplotným snímačom T umiestneného v nádrži N. Tento dáva signál do regulátora,

ktorým sa ovládajú príslušné elektromotory. Stav teploty môžeme sledovať na digitálnom

teplomere. Ochladená kvapalina v chladičoch je odvádzaná cez potrubie späť do nádrže N,

kde nastáva tepelná výmena medzi horúcim olejom v nádrži a ochladeným olejom.

- 28 -

Obr.č.16: Hydraulická schéma skúšobného zariadenia

Legenda:

N – Nádrž hydraulickej kvapaliny

F1 – Filter v pracovnom okruhu

F2 – Filter v chladiacom okruhu

HG1 – Hydrogenerátor zabezpečujúci obeh kvapaliny v pracovnom okruhu

HG2 – Hydrogenerátor zabezpečujúci obeh kvapaliny v chladiacom okruhu

EM1 – Elektromotor poháňajúci HG1

EM2 – Elektromotor poháňajúci ventilátor chladiča CH1

EM3 – Elektromotor poháňajúci ventilátor chladiča CH2

CH1 – Chladič č.1

CH2 – Chladič č.2

RO – Trojpolohový rozvádzač

P45-W – Proporcionálny tlakový ventil

PC – Osobný počítač s riadiacim systémom

UV – Uzatvárací ventil

- 29 -

TL – Tlakomer

TS – Tlakový spínač

O – Otáčkomer

T – Snímač teploty

R – Regulátor

A – Tlmič tlakových rázov

Simulovanú zmenu záťaže sa prevádza riadením elktrohydraulického

proporcionálneho tlakového ventilu p45-W. Riadenie je zabezpečované digitálno

analógovým prevodníkom a elektronickou riadiacou jednotkou. Cez prevodník prechádza

signál, ktorý je upravovaný programom v osobnom počítači PC. Prevodník upravuje

digitálny výstup z počítača na analógový, čím rozumieme v tomto prípade riadiace napätie

Ur, ktoré je funkciou času f(t). Keďže signál je veľmi slabý, je zosilňovaný elektronickou

riadiacou jednotkou ERJ a následne privedený do proporcionálneho tlakového ventilu p45-

W.

Obr.č.17: Riadiaci systém proporcionálneho tlakového ventilu

Signál ktorý je privedený na tlakový ventil p45-W je ovládací prvok podľa ktorého

sa nastavuje poloha kotvy magnetu a taktiež stláčanie regulačnej pružiny tlakového ventilu.

Nastavovaním polohy kotvy magnetu dosiahneme presné zaistenie riadiaceho tlaku

v hydraulickom okruhu simulačného zariadenia. Proporcionálny tlakový ventil p45-W

môžeme vidieť na obrázku č. 18.

- 30 -

Obr.č.18: Proporcionálny tlakový ventil p45-W

Vytvorením riadiaceho programu, ktorý cez riadiaci systém zabezpečuje ovládanie

tlakového ventilu je možné nasimulovať prevádzkové zaťaženie v ľubovoľnom rozsahu.

Aby sme sa však funkciou skúšobného zariadenia čo najviac priblížili skutočnému

zaťažovaniu hydraulickej kvapaliny najjednoduchšie je naprogramovať ovládanie

tlakového ventilu pomocou získaných parametrov jednotlivých veličín, ale hlavne tlaku

nameraného v reálnej prevádzke traktora.

3.3.2 Postup pri odoberaní vzorky Pre vykonanie chemickej analýzy v laboratóriu je potrebné odobratie vzorky oleja

z nádrže skúšobného zariadenia. Pri odoberaní vzorky je potrebné dodržať nasledovné

kritériá podľa (Peťková, 2010) :

vzorka musí byť reprezentatívnej časti oleja určená na kontrolné účely,

olej treba odoberať za chodu stroja pri prevádzkovej teplote oleja, t.j. 50˚C

po odobratí oleja sa nesmú do neho dostať žiadne nečistoty a prímesi,

olej je potrebné odoberať vždy z rovnakého miesta a rovnakým spôsobom,

pri odbere je potrebné dodržiavať čistotu okolia otvoru, z ktorého je olej

odoberaný,

- 31 -

na zloženie odoberanej vzorky môže mať vplyv viacero faktorov, z ktorých

homogenitu oleja najviac ovplyvňuje jemná filtrácia oleja odstreďovanie nečistôt,

magnetické lapače kovových nečistôt a pod.,

vzorkovnice používané na odber vzoriek musia byť čisté, suché a jednoznačne

označené základnými údajmi o vzorke.

Pokiaľ by sa porušila ktorákoľvek z uvedených zásad, možno by sme dostali správny

výsledok, ale určite nie o oleji, ktorý chceme hodnotiť (Peťková, 2010).

Vzorku testovaného oleja odoberáme pomocou vákuovej pumpy cez plastovú

trubičku ponorenú v nádrži zariadenia a čerpáme ju do nádoby, ktorá je priskrutkovaná na

pumpe. Pumpa, ktorou odčerpávame olej musí byť taktiež čistá a nesmie obsahovať žiadne

nečistoty a podobne aj plastová trubička, cez ktorú je olej nasávaný.

Obr.č.19: Vákuová pumpa s plastovou trubičkou a nádobkou pre prenos vzorky.

- 32 -

- 33 -

Obr.č.20: Odoberanie vzorky oleja zo skúšobného zariadenia

Poslednou fázou merania je chemická analýza odobranej vzorky testovaného oleja.

Vzorka sa v laboratóriu Wearcheck podrobí skúmaniu a zisťujú sa jej fyzikálne vlastnosti,

ktoré boli už spomínané na začiatku v prehľade práce.

3.3.3 Použité metódy vyhodnotenia a interpretácie výsledkovKeďže najpodstatnejšou monitorovanou veličinou počas skúšky je kinematická

viskozita oleja, musíme sa zameriavať na faktory, ktoré túto fyzikálnu vlastnosť

ovplyvňujú. Najdôležitejším faktorom je teplota kvapaliny. Stúpanie teploty v obvode

spôsobuje viacero činiteľov, medzi ktoré patrí v neposlednom rade aj tlak. Z toho dôvodu

je potrebné sledovať priebeh tlaku v sústave pri simulovaní rôznych prevádzkových stavov

hydraulického okruhu.

Ako už som spomenul v úvode práce metóda, resp. odvetvie, ktoré sa zaoberá teóriou

mazania je t Hlavnou výhodou tejto metódy je hodnotenie technického stavu strojov,

zariadení a olejov bez demontáže a rozoberania zložitých strojových súčastí. Hodnotením

a charakteristikou vlastností olejov vieme posúdiť technický stav zaradení, ktorých súčasti

dochádzajú do priameho styku s hydraulickou kvapalinou.

Dôležitým faktorom ktorý vplýva na fyzikálne vlastnosti je výskyt cudzích látok

v kvapaline. Tieto rozdeľujeme na feromagnetické a neferomagnetické. Množstvo týchto

látok priamo určuje kvalitu používanej hydraulickej kvapaliny, čo sa odráža aj na

technickom stave a veľkosti opotrebenia kvapaliny ale aj zariadení v hydraulickej sústave.

- 34 -

Po vyhodnotení fyzikálnych vlastností hydraulickej kvapaliny dostaneme údaje

z hore uvedených prístrojov, ktoré sú spracované na protokole, tzv. Hlásení laboratória.

Tieto údaje spracujeme do tabuliek a následne do grafov a vyjadríme jednotlivé závislosti

sledovaných parametrov od času, resp. počtu hodín oleja použitého v prevádzke zariadenia.

Jednotlivé závislosti nasledovne porovnáme s výsledkami meraní iných autorov, z čoho

môžeme posúdiť reálny technický stav a opotrebenie našej skúšanej vzorky ekologickej

hydraulickej kvapaliny. Následne vypracujeme záver a návrhy na využitie poznatkov

v praxi, čím zdôvodníme význam realizovaného merania.

4 VÝSLEDKY A GRAFICKÉ SPRACOVANIE

4.1 Namerané hodnoty fyzikálnych vlastností

- 35 -

Tabuľka č.6: Fyzikálne vlastnosti oleja namerané v laboratóriu

Doba prevádzky zariadenia (oleja) [hod]

60 120 180 240 300

Kinematická viskozita pri 40˚C [mm2/s]

41 42 42 41 42

Kinematická viskozita pri 100˚C [mm2/s]

8,7 8,7 8,8 8,6 8,9

Viskozitný index198 192 196 195 199

Vzhľadová skúška 20 20 20 20 70

Obsah vody* N N N N NCelkové číslo kyslosti (TAN) [mg KOH/g]

1,4 1,4 1,42 1,43 1,41

Prvou sledovanou veličinou je kinematická viskozita. Prevádzková teplota použitej

ekologickej hydraulickej kvapaliny je v tomto meraní 50˚C. Kinematickú viskozitu oleja

sledujeme pri 40˚C a pri 100˚C. Je to z toho dôvodu, aby sme lepšie vedeli porovnať

zmenu viskozity pri zahrievajúcom sa oleji a oleji, ktorý je prehriaty. Keďže je

kinematická viskozita závislá hlavne od teploty a je dobré aby sa menila čo najmenej, je

žiaduce, aby sa pracovná teplota kvapaliny udržiavala čo najviac na konštantnej teplote.

V grafe č. 1 môžeme vidieť priebeh kinematickej viskozity mnou odobranej vzorky (zvislá

os) počas prevádzky skúšobného zariadenia (vodorovná os) do 300 hodín pri 40˚C a pri

100˚C.

- 36 -

Graf č.1: Závislosť kinematickej viskozity pri teplote 40˚C od počtu hodín

Graf č.2: Závislosť kinematickej viskozity pri teplote 100˚C od počtu hodín

- 37 -

Graf č. 3: Celkové číslo kyslosti (TAN)

V grafe č.4 je znázornený priebeh viskozitného indexu počas pracovných intervalov

zariadenia, ktorý je vyjadrením závislosti viskozity kvapaliny od kolísajúcej teploty.

Graf č. 3: Viskozitný index

- 38 -

Graf č.4: Vzhľadová skúška

4.2 Obsah chemických prvkov

Z laboratórneho protokolu môžeme vyčítať veľkosť obsahu chemických prvkov.

Súčet všetkých prvkov, ktoré sa chemickou analýzou zistili vo vzorke je 23. Obsahom

práce je ale zamerať sa na prvky, ktoré majú v kvapaline legujúce účinky, teda na aditíva.

Chemické prvky ktoré sledujeme za týmto účelom sú zinok, fosfor, vápnik a síra.

Namerané hodnoty týchto prvkov v jednotlivých časových intervaloch sú zapísané

v tabuľke č. 7.

Tabuľka č. 7: Obsah chemických prvkov v oleji

Doba prevádzky zariadenia (oleja) [hod]

60 120 180 240 300

Obsah Zn [mg/kg] 1690 1630 1412 1442 1428

Obsah P [mg/kg] 773 753 691 704 695

Obsah Ca [mg/kg] 811 791 759 800 808

- 39 -

Obsah S [mg/kg] 1820 1770 2321 2402 2373

Graf č.5: Vyčerpanie obsahu zinku v oleji závislosti od počtu pracovných hodín

Počas skúšky prevádzkovou záťažou bolo tiež cieľom sledovať obsah prvkov

v hydraulickej kvapaline, ale hlavne ich podiel v odobranej vzorke po uplynutí skúšobného

intervalu a zistiť tak ako veľmi dochádza k ich poklesu. Na nasledujúcich štyroch grafoch

môžeme pozorovať, že aditíva v úlohe legujúcich prvkov sa počas skúšky prevádzkovou

záťažou pomerne rýchlo vyčerpávajú po uplynutí skúšobného intervalu 120 hodín. Tento

pokles sa následne odzrkadľuje na stave kvapaliny a z hľadiska vyčerpania týchto prvkov

hlavne na zostatkovej životnosti tejto kvapaliny.

- 40 -

Graf č.6: Vyčerpanie obsahu fosforu v oleji závislosti od počtu pracovných hodín

Graf č.7: Vyčerpanie obsahu vápnika v oleji závislosti od počtu pracovných hodín

Graf č.8: Priebeh obsahu síry v oleji závislosti od počtu pracovných hodín

- 41 -

5 DISKUSIA

5.1 Kinematická viskozita a číslo kyslostiÚlohou tohto merania ale bolo zistiť zmenu kinematickej viskozity v priebehu

skúšania kvapaliny prevádzkovou záťažou. Výsledkom merania sú grafické závislosti

uvedené v kapitole 4. Keď však ale porovnáme hodnoty viskozity v časových intervaloch,

môžeme zaznamenať nárast do 180 hodín. Po tomto časovom intervale ale hodnota

kinematickej viskozity klesá v obidvoch teplotných stavoch. Minimálnu hodnotu

spozorujeme pri nasledovných 240 hodinách. Pri ďalšom meraní pozorujeme ale nárast

hodnôt v obidvoch prípadoch, čo je spôsobené tlakovým a teplotným zaťažením a

veľkosťou oxidácie hydraulického oleja. Podobnú zmenu môžeme pozorovať aj pri meraní

fyzikálnych vlastností hydraulického oleja podľa (Wooton, 2007). Priebeh kinematickej

viskozity, oxidácie a čísla kyslosti v závislosti od počtu pracovných hodín zariadenia v

tomto meraní podľa (Wooton, 2007) je znázornený v kapitole č.1 na obrázku č.11.

Viskozita sa pri tomto meraní do 120 hodín zvyšovala len nepatrne a po tomto časovom

intervale začala prudko stúpať podobne ako oxidácia. Viskozita je veličina, ktorá je

ovplyvňovaná viacerými faktormi. Preto ako vidíme na znázornených grafoch, nemusia

hodnoty viskozity stúpať priamo úmerne s časom, ale v priebehu časových intervaloch

môže hodnota viskozity kolísať, čo je spôsobené viacerými faktormi, ktoré sú uvedené

v prvej kapitole v tabuľke č.4.

Priebeh oxidácie v meraní podľa (Wooton, 2007) na rozdiel od viskozity stúpal od

začiatku merania takmer priamo úmerne s časom, resp. počtom hodín prevádzky

hydraulického oleja. Pri zaťažovaní oleja v zariadení sa oxidácia uhľovodíkov zvyšuje,

pričom by teoreticky malo stúpať aj číslo kyslosti. V prípade merania podľa (Wooton,

2007) je tento priebeh vyjadrený číslom BN, ktoré má inverzný priebeh vzhľadom na

nami merané číslo kyslosti TAN. Zmeny hodnoty TAN sú spôsobené oxidáciou maziva v

prevádzke, pričom vysoká hodnota čísla kyslosti znamená znehodnotenie oleja. Zvýšené

číslo kyslosti je spôsobené nepriaznivými degradačnými procesmi sledovaného oleja, pri

ktorých vznikajú kyslé produkty.

Pri meraní našej vzorky sa číslo kyslosti zmenilo len nepatrne, z čoho usudzujeme,

že v oleji neprebiehali oxidačné reakcie vo veľkom rozsahu a teda olej nie je značným

spôsobom podľa čísla kyslosti po počte hodín znehodnotený.

- 42 -

Na nasledujúcom obrázku vidíme závislosť čísla kyslosti z merania podľa (Van

Dam, 2002), kde má priebeh hodnôt čísla kyslosti v čase stúpajúci charakter, z čoho

vyplýva, že v použitom oleji prebiehali oxidácie. Z grafu môžeme vyčítať, že olej sa

postupným používaním opotrebovával, avšak vyššia degradácia oleja nastáva podľa čísla

kyslosti až po 300 hodinách prevádzky oleja. Tento priebeh môžeme pozorovať na obrázku

č. 13 v kapitole č.1.

5.2 Obsah chemických prvkovDruhou podstatou merania bolo zistiť a hodnotiť také vlastnosti kvapaliny, ktoré čo

najvýstižnejšie opisujú technický stav ekologickej hydraulickej kvapaliny z hľadiska jej

opotrebenia. Pri takomto hodnotení vychádzame z počiatočných parametrov kvapaliny

a z vlastností ktoré ich ovplyvňujú počas zaťaženia v prevádzke zariadenia, resp. stroja.

Dôležité faktory, ktoré tieto parametre ovplyvňujú sú chemické prvky – aditíva, obsiahnuté

v kvapaline, ktoré pôsobia ako legujúce zložky. Ja som sa v tomto meraní zameriaval na

vápnik, fosfor, síru a zinok.

Výsledkom chemického rozboru v jednotlivých časových intervaloch nám poskytol

priebeh obsahu týchto chemických prvkov. Jednotlivé závislosti obsahu prvkov od času sú

znázornené na grafoch 4 až 7. V grafe č. 4 je vyobrazený obsah Zinku vo funkcii času. Ako

môžeme vidieť po druhý interval 120 hodín obsah zinku klesá len málo, ale v ďalšom

intervale prudko začína klesať. Od 180 do 300 hodín sa obsah zinku s miernym kolísaním

držal na jednej úrovni. Z tohto môžeme usúdiť, že v nasledovnom intervale by obsah zinku

postupne zasa začal klesať. V grafe č. 5 je znázornený priebeh obsahu fosforu v oleji. Ak

ho porovnáme so závislosťou v grafe 4 č. môžeme povedať, že je skoro rovnaká. Je teda

zrejmé, že fosfor sa vytráca z oleja rovnakým spôsobom ako zinok. Zaujímavým je

kolísanie hodnôt vápnika v grafe č.6. Počiatočná hodnota je takmer rovnaká ako hodnota

získaná z poslednej odobrenej vzorky. Najmenšiu hodnotu môžeme pozorovať pri 180

hodinách podobne ako v predchádzajúcich dvoch prípadoch obsahu zinku a fosforu.

Z priebehu takejto závislosti môžeme konštatovať, že najmenší obsah legujúcich prvkov

v oleji je pri 180 hodinách.

Priebeh obsahu síry v oleji je na rozdiel od ostatných aditív úplne iný. Najprv síra

klesala v závislosti od času, podobne ako ostatné prvky, ale po časovom intervale 120

hodín začala prudko stúpať. Jej hodnota sa ustálila až po analýze nasledovnej vzorky oleja,

teda pri 180 hodinách. Zvyšujúca hodnota síry je následok oxidácie uhľovodíkov

v hydraulickom oleji. Súvislosť medzi oxidáciou a zvýšenou hodnotou síry môžeme

- 43 -

vyčítať z obrázka č.12 v 1. kapitole, kde najvyššie číslo kyslosti vidíme u oleja s vyšším

obsahom síry. Pritom zvyšujúce číslo kyslosti je priamo úmerné s oxidáciou prebiehajúcou

v hydraulickej kvapaline počas zaťaženia v prevádzke..

Obsah chemických prvkov vplýva vo veľkej miere na celkové číslo kyslosti (TAN).

Toto číslo teoreticky rastie s časom. Naopak obsah aditív je po určitom počte pracovných

hodín vyčerpávaný. Z tejto skutočnosti môžeme vydedukovať, že prostredie v novom

referenčnom oleji je zásadité a postupným zaťažovaním sa premieňa na kyslé. Je to

spôsobené oxidačnými procesmi prebiehajúcimi v kvapaline. Túto závislosť čísla kyslosti

a obsahu chemických prvkov z časového hľadiska podľa (Van Dam, 2002) môžeme

pozorovať na obrázkoch č. 12 a 13 v 1. kapitole. Najmenej stúpalo číslo kyslosti oleja

s väčším obsahom vápnika. Najviac vystúpila hodnota čísla kyslosti oleja s väčším

obsahom hliníka a horčíka.

- 44 -

6 ZÁVER A NÁVRH NA VYUŽITIE POZNATKOVUskutočnenou štúdiou ekologickej hydraulickej kvapaliny MOL Traktol ERTTO

som sa snažil získať poznatky a informácie o prevádzkových vlastnostiach tohto

hydraulického oleja. Vystavením oleja nasimulovanej prevádzkovej záťaži na skúšobnom

zariadení a následnou analýzou vzorky som dostal výsledky z hodnotenia fyzikálnych

vlastností tejto kvapaliny čo bolo cieľom práce. Hodnoty uvedené na protokole

z laboratória mi v závislosti s časom prevádzky skúšobného zariadenia dali jasné

informácie o technickom stave a opotrebení hydraulickej kvapaliny použitej v zariadení.

Na základe vytvorených závislostí teda môžem konštatovať, že testovaná ekologická

kvapalina MOL Traktol ERTTO je po počte 300 pracovných hodín zariadenia len málo

znehodnotená. Nízku degradáciu oleja má za následok skutočnosť, že kvapalina v

skúšobnom zariadení má maximálnu prevádzkovú teplotu 65˚C. Táto teplota odpovedá

maximálnej prevádzkovej teplote v hydraulickom systéme traktora Zetor Fronterra. Takáto

prevádzková teplota nepoškodzuje ekologickú hydraulickú kvapalinu z hľadiska teplotného

zaťaženia. Čo sa týka zmeny kinematickej viskozity pri hydraulických kvapalinách je

prípustná zmena hodnoty tejto veličiny ±15% vzhľadom na hodnotu pri novom oleji.

V prípade môjho merania sa hodnota kinematickej viskozity pri 40˚C zmenila o 6,89

mm2/s a pri 100˚C klesla o 1,78 mm2/s. Z týchto údajov môžeme vypočítať, že viskozita

nového a opotrebovaného oleja sa nelíši o viac ako 15%. Je teda zrejmé, že olej je

z hľadiska viskozity znehodnotený len minimálne.

Ako som už spomenul, cieľom merania bolo zistiť technický stav a opotrebenie

hydraulického oleja. Olej ako ekologická kvapalina je vhodný na použite ako médium

v okruhoch hydraulických sústav poľnohospodárskych strojov a zariadení, ktoré pracujú v

priamom kontakte s pôdou, v blízkosti vodných zdrojov a celkovo v životnom prostredí.

V prípade netesností systému sa olej dostáva do okolia a svojimi účinkami poškodzuje

životné prostredie. Pri ekologickej kvapaline je toto znečistenie len minimálne. Otázka

kladená pred meraním ale bola, či je tento olej vhodný aj pre samotné prvky v zaradené

v hydraulických sústavách a aj z hľadiska životnosti a teda aj ekonomickosti. Výsledky

merania prezrádzajú, že olej má aj po 300 hodinách vyhovujúce vlastnosti na ďalšiu

prevádzku daného stroja, resp. zariadenia, v ktorom je použitý. Z tohto hľadiska sú takéto

merania potrebné a je zrejmé, že informácie, ktoré nám poskytujú vedú k znižovaniu

prevádzkových nákladov, efektivite práce zariadenia a neposlednom rade aj k zvýšeniu

bezpečnosti a ochrany životného prostredia.

- 45 -

7 POUŽITÁ LITERATÚRA

1. BARNES, M. 2002. Oil Viscosity - How It's Measured and Reported. [on-line].

Dostupné na internete: http://www.machinerylubrication.com/Read/411/oil-viscosity.

[2011-04-03].

2. BAUER, F. – RYŠAVÝ, I., 1985. Hydraulické Systémy mechanizačných Prostriedkov.

Brno: Vysoká Škola Zemědelská.

3. DRABANT et al. 2008. Meranie a skúšanie hydrostatických prvkov a systémov. Nitra :

Slovenská poľnohospodárska univerzita.

4. LETECKÉ OPRAVOVNE TRENČÍN, a.s., pobočka SLI. 2010. Meranie parametrov

mazacích olejov a hydraulických kvapalín. [on-line]. Dostupné na internete:

http://www.sli.sk/index.php?option=com_content&view=article&id=77%3Ameranie-

parametrov-mazacich-olejov-a-hydraulickych-kvapalin-

&catid=36%3Amerania&Itemid=53&showall=1. [2011-03-25].

5. Machinery Lubrication. 2003. Online Sensor Measures Dissolved Water in Lubricating

Oils and Hydraulic Fluids [on-line]. Dostupné na internete:

http://www.machinerylubrication.com/Read/434/dissolved-water-oil-sensor. [2011-04-

05]

6. MACHALÍKOVÁ, J. 2011. Vědecko-výzkumná činnost Oddělení ekologických

aspektů dopravy a diagnostiky [on-line]. Dostupné na internete:

http://www.upce.cz/dfjp/kdpd/veda/ekologie.html. [2011-04-08]

7. MELICHAR, J. 2009. Hydraulické a pneumatické stroje : část čerpadla. 1. vyd.

Nakladateľské údaje: Praha : České vysoké učení technické, ISBN: 978-80-01-04383-7

8. MELICHAR, J. – BLÁHA, J. – BRADA, Kl. 2002. Hydraulické stroje : konstrukce

a provoz. Praha : ČVUT

9. MIKLEŠ, M. – HOLÍK, J. 2008. Pracovné mobilné stroje - hydraulické pohony.

Zvolen : Technická univerzita vo Zvolene.

10. NOVÁČEK, V. 2009. Několik příkladů z proaktivní údržby hydraulických systémů

[on-line]. Dostupné na internete:

http://www.tribotechnika.sk/tribotechnika-42009/nekolik-prikladu-z-proaktivni-

udrzby-hydraulickych-systemu.html. [2011-04-13].

11. PERTRANSKÝ et al. 2004. Skúšobné stavy pre životnostné skúšky hydrostatických

prevodníkov. Nitra : Slovenská poľnohospodárska univerzita.

- 46 -

12. PEŤKOVÁ, V. 2010. Tribodiagnostika strojov a olejov. [on-line]. Dostupné na

internete: http://www.tribotechnika.sk/tribotechnika-12010/tribodiagnostika-strojov-a-

olejov.html. [2011-04-22].

13. STRÁŽOVEC, Igor. 1999. Hydraulické prvky a systémy. Žilina : Hydropneutech.

ISBN: 80-968150-0-8.

14. STRÁŽOVEC, I. KUČÍK Pavol. 2000. Tekutinové mechanizmy. Žilina : Žilinská

univerzita. ISBN: 80-7100-804-4.

15. STRÝČEK, O. 1998. Hydraulické stroje. Bratislava : Slovenská technická univerzita.

16. ŠEBESTA, S. 1990. Hydrostatické prvky. Bratislava : Slovenská vysoká škola

technická. ISBN: 80-227-0302-8.

17. WOOTON, D. 2007. Oxidation - The Lubricant's Nemesis. [on-line]. Dostupné na

internete: http://www.machinerylubrication.com/Read/1028/oxidation-lubricant.

[2011-04-18]

18. VAN DAM, W. 2002. Measuring Reserve Alkalinity [on-line]. Dostupné na internete:

http://www.machinerylubrication.com/Read/354/reserve-alkalinity-oil. [2011-04-20].

- 47 -