Гидравлические баки и теплообменники 7 страница

При подводе рабочей жидкости к полости Б клапан закрыт

(рисунок 6.6 в). Однако если одновременно с этим подвести жидкость к полости У (подать управляющее воздействие), то толкатель 3, перемещаясь вверх, откроет запорно-регулирующий элемент. В этом случае жидкость будет свободно проходить из полости Б в полость А (рисунок 6.6 г), пока будет присутствовать управляющее воздействие в полости У.

Односторонние гидрозамки применяются для блокировки движения выходного звена гидродвигателя в одном направлении. Для блокировки выходного звена в двух направлениях применяются двухсторонние гидрозамки (рисунок 6.7).

Рисунок 6.6 – Схема одностороннего гидрозамка: а – подача рабочей жидкости к полости А; б – течение жидкости из полости А в полость Б; в – подача рабочей жидкости в полость Б; г – течение жидкости из полости Б в полость А при наличии управляющего воздействия

Двухсторонний гидрозамок (рисунок 6.7) имеет в своем корпусе два запорно-регулирующих элемента 1, две нерегулируемые пружины 2, а между ними плавающий толкатель 3 (рисунок 6.7 а). При подводе рабочей жидкости под давлением к каналу А открывается запорно-регулирующий элемент 1, и жидкость свободно поступает в канал В и далее к гидродвигателю (например в поршневую полость гидроцилиндра). Одновременно с этим толкатель 3 гидрозамка перемещается вправо и открывает второй запорно-регулирующий элемент, обеспечивая пропуск жидкости (например, от штоковой полости гидроцилиндра) из канала Г в канал Б и далее в сливную магистраль.

Рисунок 6.7 – Схема двухстороннего гидрозамка: а – нейтральное положение; б – положение толкателя при подводе давления в канал А; в – положение толкателя при подводе давления в канал В

Аналогично гидрозамок работает при реверсе движения выходного звена гидродвигателя. Если жидкость под давлением не подводится ни к одному из каналов (А или В), то рабочие элементы 1 снова занимают положение, указанное на рисунке 6.7 а. Полости гидродвигателя блокируются от слива, тем самым блокируя выходное звено гидродвигателя от перемещений.

При установке гидрозамков необходимо учитывать их конструктивное исполнение (тип), способ нагружения выходного звена гидродвигателя, а также место размещения при этом дросселей с обратными клапанами – до или после гидрозамка. Дроссели с обратными клапанами свободно пропускают поток рабочей жидкости на подъем рабочего органа и ограничивают расход рабочей жидкости и соответственно скорость рабочего органа при его опускании (рисунок 6.8).

Рисунок 6.8 – Схемы установки одностороннего гидрозамка: а – без дросселя с обратным клапаном; б – с дросселем и обратным клапаном

Если в схеме привода гидроцилиндра грузоподъемного механизма с гидрозамком не будет установлен дроссель с обратным клапаном (рисунок

6.8 а), то при перемещении золотника гидрораспределителя в позицию

«опускание» в гидролинии насоса и управления гидрозамком создается давление, достаточное для открытия гидрозамка. После его открытия рабочая жидкость из штоковой полости гидроцилиндра поступает на слив, и шток опускается под действием внешней нагрузки F. При этом скорость перемещения штока гидроцилиндра может превысить скорость, обусловленную подачей насоса. Тогда давление в противоположной (поршневой) полости гидроцилиндра и в гидролинии управления уменьшается, запорный элемент гидрозамка под действием пружины закрывается и движение прекращается. Затем давление в напорной гидролинии и в гидролинии управления снова возрастает, и гидрозамок открывается. Таким образом, происходят прерывистое движение рабочего органа и пульсация давления.

Для исключения этого явления между гидрозамком и гидроцилиндром рекомендуется устанавливать дроссель с обратным

клапаном (рисунок 6.8 б), сопротивление которого при опускании штока создает давление, необходимое для открытия обратного клапана

гидрозамка и поддержания его в том положении.

Давление управления для гидрозамков составляет от 0,02 МПа (минимальное давление срабатывания ненагруженного клапана) до 32 МПа.

В гидросистемах мобильных машин наибольшее применение получили односторонние гидрозамки с коническим запорным элементом, имеющие условный проход 16, 20, 25 и 32 мм.

Технические характеристики односторонних гидрозамков типа КУ

приведены в таблице 6.3.

Таблица 6.3 – Технические характеристики односторонних гидрозамков типа КУ

Параметр

Типоразмер

М-1КУ12/320

М-2КУ12 3/ 20

М-3КУ12/320

М-4КУ12 3/ 20

М-1КУ20 3/ 20

М-2КУ20/320

М-3КУ20 3/ 20

М-4КУ20/320

М-1КУ32/320

М-2КУ32 3/ 20

М-3КУ32/320

М-4КУ32 3/ 20

Условный проход, мм

Давление нагнетания на входе, МПа: - номинальное - максимальное

Давление на сливе, МПа, не более

Расход рабочей жидкости, л/мин: - номинальный - максимальный

Масса, кг

2,6

8,9

3,9

8,4

Технические характеристики односторонних гидрозамков типа П78 приведены в таблице 6.4.

Таблица 6.4 – Технические характеристики гидрозамков типа П78

Параметр	Типоразмер
П786Б	П786А	П788Б	П788А
Условный проход, мм
Максимальное давление нагнетания на входе, МПа:
Давление управления, МПа	0,3 – 13	0,2 – 10
Максимальный расход рабочей жидкости, л/мин:
Масса, кг	2,2	2,0	1,2	1,0

Технические характеристики модульных гидрозамков типа ГЗМ приведены в таблице 6.5.

Таблица 6.5 – Технические характеристики гидрозамков типа ГЗМ

Параметр	Типоразмер
ГЗМ-6/3	ГЗМ-6/3А	ГЗМ-6/3В	ГЗМ-10
Условный проход, мм
Давление нагнетания на входе, МПа:
- номинальное
- максимальное
Максимально допустимое давление на выходе, МПа, не более
Расход рабочей жидкости, л/мин:	12,5	63,0
- номинальный
- максимальный	30,0	100,0
Масса, кг	1,08	0,92	2,2

6.5 Средства измерения

В процессе эксплуатации гидроприводов применяют средства измерения, имеющие нормированные метрологические свойства и предназначенные для нахождения значений физических величин, характеризующих работу этих гидроприводов.

Применяемые средства измерения характеризуются ценой деления, абсолютной погрешностью и классом точности.

Цена деления шкалы – разность значений величин,

соответствующих двум соседним отметкам шкалы прибора.

Абсолютная погрешность – разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины.

Класс точности – обобщенная характеристика средств измерения, определяемая отношением максимально допустимой погрешности ∆ к конечному значению n шкалы прибора, выраженным в процентах, т.е.

K = Ä ×100%.

n

При эксплуатации и испытаниях гидроприводов и отдельных гидроагрегатов измеряют давление, расход и температуру рабочей жидкости, скорость движения, усилия, крутящие моменты, развиваемые на выходных звеньях гидродвигателей.

Измерение давления. Для измерения избыточного давления применяют манометры. Манометры по своему назначению подразделяются на приборы общего назначения (типа М, МТ, ОБМ) и

образцовые (типа МО). Рабочие манометры и общего назначения имеют класс точности 1; 1,5; 2,5 и 4. Образцовые манометры имеют более высокие класс точности (0,15; 0,25; 0,4), их применяют для поверки манометров общего назначения и в испытательных стендах.

По принципу действия манометры подразделяются на жидкостные, грузопоршневые, деформационные и электрические.

Жидкостные манометры применяют для измерений небольших

давлений и чаще всего представляют собой стеклянную трубку, присоединенную к резервуару (рисунок 6.9).

Рисунок 6.9 – Жидкостный манометр

Грузопоршневые манометры (рисунок 6.10), состоящие из цилиндра

1 и поршня 2, преобразуют давление рабочей жидкости в усилие, развиваемое поршнем.

Рисунок 6.10 – Грузопоршневой манометр Деформационные манометры (рисунок 6.11) получили в

гидроприводе наибольшее распространение. Принцип их работы основан

на зависимости деформации чувствительного элемента (мембраны,

трубчатой пружины, сильфона) от измеряемого давления.

Рисунок 6.11 – Деформационные манометры: а – мембранный; б – мембранный с двойной мембраной; в – с консольной балкой; г – сильфонный; 1 – мембрана;

2, 4 – активный и компенсирующий тензорезистор; 3 – консольная балочка

В мембранных манометрах давление со стороны рабочей жидкости передается на мембрану (рисунок 6.11 а, б, в). На мембране установлены тензорезисторы 2, которые изгибаясь вместе с мембраной изменяют свое электрическое сопротивление. Изменение сопротивления регистрируется электрическими приборами и преобразуется в показания значения соответствующего давления.

В сильфонных манометрах (рисунок 6.11 г) давление рабочей жидкости приводит к растяжению гофрированной упругой трубки пропорционально давлению.

Мембранный и сильфонные манометры предназначены для измерения небольших давлений.

Пружинный манометр (рисунок 6.12) имеет пружину в виде

изогнутой латунной трубки (трубка Бурдона) 1 эллиптического поперечного сечения. Верхний конец трубки запаян, а нижний припаян к штуцеру 2, через который манометр присоединяется в гидросистему. При заполнении трубки рабочей средой под давлением она стремится выпрямиться. Через рычажный механизм 3, усиливающий деформацию трубки, перемещение ее свободного конца передается на стрелку 4, расположенную по центру шкалы прибора. Пружинные манометры просты по конструкции, ими можно измерять давление в широком диапазоне.

Рисунок 6.12 – Пружинный манометр: а – схема; б – внутреннее устройство

Шкала всех манометров градуируется в паскалях или мегапаскалях. На старых образцах давление указывается в кгс/см2.

На шкале наносится заводское обозначение; класс точности; номер ГОСТ; год выпуска; номер манометра и название рабочей среды

(жидкость, пар, газ), в которой измеряется давление.

Электрические манометры (рисунок 6.13) применяют для непрерывного измерения мгновенного значения давления в комплекте с осциллографами.

Рисунок 6.13 – Электрические манометры: а – с трубкой Бурдона; б – тонкостенный цилиндрический датчик с наклеенными тензодатчиками;

в – с манганиновой проволокой; г – пьезоэлектрический; 1 – трубка Бурдона;

2 – тензодатчики; 3 – тонкостенный стакан; 4 – манганиновый датчик; 5 – узкая щель; 6 – корпус; 7 – заливка эпоксидной смолой; 8 – пьезоэлектрический датчик;

9 – перегородка

Чувствительным элементом электрических манометров может служить трубка Бурдона (рисунок 6.13 а) или тонкостенный полый стакан (рисунок 6.13 б) с наклеенными на их стенки тензодатчиками.

Датчики с манганиновой проволокой (рисунок 6.13в), электрическое

сопротивление которой меняется при объемном сжатии, применяются для замера давления.

Для замера пульсаций давления применяют пьезоэлектрические

датчики (рисунок 6.13 г), регистрирующие только динамическую составляющую давления.

Измерение расхода. Для определения подачи рабочей жидкости используют расходомеры. По принципу действия различают расходомеры: счетчиковые, струйные, электромагнитные, ультразвуковые, тахометрические (рисунок 6.14), а также основанные на перепаде давления и др.

Рисунок 6.14 – Схемы расходомеров: а – струйный; б – ультразвуковой; в – турбинный; г – тепловой; 1 – мембрана; 2 – неподвижный электрод;

3 – трубопровод; 4 – направляющая; 5 – корпус; 6 – подшипник; 7 – турбина; 8 – успокоитель; 9 – преобразователь сигнала; 10 – излучатель сигнала;

11 – дополнительный излучатель; 12 – приемник; 13 – дополнительный приемник; 14 – пластина; 15 – термопара; 16 – теплоизоляция; 17 – нагреватель

В струйных расходомерах (рисунок 6.14 а) на пути рабочей жидкости в трубопроводе 3 располагается некоторое препятствие типа плоской мембраны 1, отклонение которой α является функцией скорости струи, а регистрирующий ток – функцией взаимного положения мембраны 3 и неподвижного электрода 2.

Ультразвуковые расходомеры (рисунок 6.14 б) работают на основе ультразвуковых колебаний. Благодаря эффекту Доплера частота и фаза

ультразвукового сигнала, проходящего от излучателя 11 к приемнику 13, будет изменяться в функции скорости протекания рабочей жидкости. Введение дополнительной пары излучатель 10 – приемник 12 обеспечивает

компенсацию температурной нестабильности.

Тахометрические турбинные расходомеры (рисунок 6.14 в) работают с малогабаритными электронными преобразователями. В таком расходомере поток рабочей жидкости приводит во вращение турбину, каждый проход лопасти которой наводит импульс ЭДС в обмотке индукционного преобразователя. Скорость потока определяется через частоту электрических импульсов на выходе преобразователя путем как непосредственного измерения, так и выводом на цифровые приборы или преобразованием в аналоговый сигнал. Такими расходомерами можно измерять расходы до 360 л/мин.

Тепловой неконтактный расходомер применяется для определения подачи насосом рабочей жидкости без разборки гидросистемы (рисунок 6.14 г). Он имеет стабилизированный источник питания (СИП), датчик и измерительный прибор (ИП). СИП обеспечивает питание нагревателя и ИП, включающий в себя дифференциальную термопару, позволяет определить скорость потока рабочей жидкости по разности температур входящего потока рабочей жидкости и нагревателя.

Измерение температуры. Температуру рабочей жидкости в гидроприводах измеряют термометрами, которые по принципу действия делятся на термометры расширения, сопротивления и теплоэлектрические. При диагностировании гидроприводов наибольшее распространение получили термометры расширения, имеющие границы измерений от – 60 до + 250 °С.

Измерение крутящего момента на валах гидромашин определяют балансирными динамометрами или торсионометрами, первые из которых получили наибольшее распространение. Балансирные динамометры бывают электрические, тормозные, гидравлические и механические.

7 ТРУБОПРОВОДЫ

Функциональная связь гидроагрегатов в гидроприводах осуществляется с помощью трубопроводов различной конструкции. Несмотря на относительную простоту этих элементов, от их правильного выбора во многом зависит надежность работы гидропривода.

В гидроприводах обычно имеется:

- всасывающая гидролиния, по которой рабочая жидкость поступает к насосу;

- напорная гидролиния, то есть участок движения жидкости от насоса к объемному гидродвигателю;

- сливная гидролиния, по которой происходит движение рабочей жидкости от объемного гидродвигателя в гидробак;

- гидролиния управления, по которой рабочая жидкость движется к устройствам управления и регулирования;

- дренажная гидролиния, предназначенная для отвода утечек рабочей жидкости от гидроагрегатов в гидробак.

Основной характеристикой трубопровода является его внутренний диаметр (условный проход). Исходными параметрами для определения внутреннего диаметра трубопровода являются: рабочее давление, развиваемое выбранным насосом PН; подача насоса QН при этом давлении; скорости движения во всасывающем и напорном трубопроводах.

Внутренний диаметр трубопровода (условный проход) определяется по формуле:

DУ =

4QН

πυ

, (7.1)

где QН– подача насоса;

u – значения скоростей движения в соответствующих гидролиниях.

Опыт проектирования и эксплуатации гидроприводов позволил определить экономически приемлемые и технически допустимые скорости движения рабочей жидкости в гидролиниях:

- для всасывающих гидролиний uВС = 0,5 ÷ 2 м/с;

- для сливных линии uСЛ= 2 м/с;

- для гидролиний управления uУП= 5 м/с;

- для напорных гидролиний uН= 6 м/с.

В связи с повышением качества изготовления гидролиний скорость рабочей жидкости в напорных линиях допускается принимать в зависимости от рабочего давления в следующих пределах [4]:

давление, МПа	2,5	5,0	10,0	15,0
скорость, м/c	3 ÷ 10		5 ÷ 6	8 ÷ 10

При выборе внутреннего диаметра трубопровода необходимо учитывать соответствие его значений стандартному ряду ГОСТ 8734-75 (8; 10; 12; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80 мм).

После определения значения условного прохода DУв соответствии с ГОСТ необходимо уточнить фактическую скорость движения рабочей жидкости в трубопроводах.

Фактическая скорость движения в трубопроводе может быть определена по формуле

υ = 4QН

, (7.2)

У

Ф πD2

где uФ– фактическая скорость во всасывающем трубопроводе; QН– расход (производительность насоса);

DУ– условный проход всасывающего трубопровода, принятый по ГОСТу.

В системе гидропривода применяют жесткие и гибкие трубы. Наиболее употребительны: жесткие трубы стальные бесшовные холодно- деформируемые при DУ< 30 мм; горячекатанные – при DУ> 30 мм. Материал таких труб – сталь 10 и сталь 20.

Для дренажных линий и линий управления с давлением до 6 МПа применяют тонкостенные трубы медные, из алюминиевых сплавов – при давлениях до 0,64 МПа и винилпластовые трубы – при давлениях до 0,6 МПа.

В случае применения стальных или медных труб необходимо произвести расчет этих труб на прочность. Расчет на прочность сводится к

определению толщины стенок d, рассчитываемой по формуле

δ= PDУ, (7.3)

2σ

где P – максимальное давление рабочей жидкости;

– допускаемое напряжение материала трубы на разрыв; DУ– внутренний диаметр трубопровода.

Допускаемое напряжение принимается для труб:

- из стали 20, 35, 40 s = 400 ÷ 500 МПа;

- из цветных металлов и сплавов s = 200 ÷ 250 МПа.

Если расчетное значение s оказалось малым, то, учитывая возможность внешних механических повреждений, это значение в любом случае не следует выбирать менее 0,8 ÷ 1,0 мм для цветных металлов и 0,5 мм – для стали.

Гибкие трубопроводы применяют для соединения элементов гидропривода, которые расположены на подвижных частях и могут

перемещаться относительно друг друга.

В качестве гибкого трубопровода в основном применяют резинотканевые шланги, называемые рукавами высокого давления (РВД). В зависимости от количества металлических оплеток рукава высокого давления делятся на три типа:

- I тип – с одной металлической оплеткой, рассчитанной на давление до 20 МПа;

- II тип – с двойной оплеткой, рассчитанной на давление до

30 МПа;

- III тип – с тройной оплеткой, применяемой для высоких давлений при внутреннем диаметре до 40 МПа.

Основные размеры РВД приведены в ГОСТ 6286 – 73.

Для заданных условий работы гидросистемы гибкие трубопроводы могут быть выбраны в специальной литературе.

Рукава навивочной конструкции типов РВД-20, РВД-25, РВД-32 применяются в гидросистемах с рабочим давлением 16 ÷ 25 МПа при

работе на маслах МГ-15В, МГ-46Б, И-20А, И-30А в температурном диапазоне 50 ÷ 100 °С.

При монтаже гидролиний необходимо соблюдать следующие требования:

- не допускаются вмятины на трубах и искажение их цилиндричности;

- радиус изгиба жестких трубопроводов должен соответствовать условию: R ³ (4 ÷ 6)×dН, где dН – наружный диаметр трубы;

- радиус изгиба рукавов зависит от типа рукава и в среднем принимается из соображений: R ³ (12 ÷ 18)×dВ, где dВ – внутренний

диаметр трубопровода;

- присоединение трубопроводов к вращающимся узлам гидропривода должно производиться с помощью специальных шарнирных соединений, имеющих одну, две и более степеней свободы.

8 ПОТЕРИ НАПОРА (ДАВЛЕНИЯ) В СИСТЕМЕ ГИДРОПРИВОДА

При движении жидкости по трубопроводам гидропривода, а также при прохождении жидкости через контрольно-регулирующую аппаратуру происходят потери напора. Поэтому давление выбранного насоса должно быть достаточным для обеспечения необходимого усилия и преодоления потерь напора, возникающих в трубопроводах, клапанах, дросселях и т.д.

Суммарные потери давления в гидросистеме гидропривода ÄP

определяются по зависимости

ÄP = åÄRТР + åÄRМ + åÄRГ, (8.1)

где åÄRТР – потери давления при трении движущейся рабочей жидкости в трубопроводах;

åÄRМ – потери давления в местных сопротивлениях трубопроводов;

åÄRГ – потери давления в гидроаппаратуре.

При этом потери давления на трение, в свою очередь, определяются по формуле

SÄPТР

= γSλ

l × υ

, (8.2)

DУ 2g

где g – объемный вес рабочей жидкости;

l – коэффициент сопротивления трения;

DУ– внутренний диаметр трубопровода (условный проход);

l – длина участка трубопровода без местных сопротивлений;

u – скорость движения рабочей жидкости на рассматриваемом участке;

g – ускорение свободного падения.

Для определения коэффициента сопротивления трения предварительно определяется число Рейнольдса

Re =

υDУ

n

, (8.3)

где n – кинематический коэффициент вязкости жидкости.

При Re > ReКРрежим движения является турбулентным, при Re < Reкр– ламинарным. Величина критического числа Рейнольдса зависит от конструктивной формы канала, наличия внешних возмущений и т.д. Значение критического числа ReКРдля некоторых конструктивных форм трубопровода, применяемых в гидроприводе, при практических расчетах можно принимать в соответствии с таблицей 8.1.

Таблица 8.1 – Значения критических чисел Рейнольдса

Форма канала	ReКР
Круглые гладкие трубы
Гибкие шланги
Окна цилиндрических золотников
Плоские и конусные клапаны	20 ÷ 100
Распределительные краны	550 ÷ 570

При ламинарном режиме движения коэффициент l определяется по следующим формулам:

- для гладких труб и шлангов без резких сужений и изгибов

λ = 75

Re

; (8.4)

- для гибких рукавов длиной до 700 мм

λ = 85

Re

; (8.5)

- для труб со вмятинами, уменьшающими сечение на 40 ÷ 50 %

λ= 155. (8.6)

Дата добавления: 2014-12-07