metodakr
.pdf20
2 ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ГИДРОПРИВОДА
2.1Рабочие жидкости для гидросистем машин лесной промышленности
Жидкость в гидроприводе предназначена для передачи энергии и для надежной смазки его подвижных элементов. Жидкость подвергается воздействию в широких пределах давлений, скоростей и температур. Поэтому к рабочей жидкости гидропривода предъявляются следующие требования:
−хорошие смазывающие свойства по отношению к материалам трущихся пар и уплотнений, поэтому жидкость должна обладать способностью образовывать прочную смазывающую пленку, предохраняющую от износа поверхности трущихся деталей в условиях больших давлений и температур;
−нейтральность по отношению к материалам, используемым в гидроприводе, а следовательно, жидкость не должна вызывать коррозии материала механизма и разрушений уплотнений;
−совместимость вязкости рабочей жидкости с применяющимися в гидроприводе уплотнительными средствами и зазорами, что необходимо в целях избежания чрезмерно больших утечек и больших потерь энергии на преодоление гидравлических сопротивлений (в этом случае к жидкости предъявляются два противоречивых требования: для уменьшения утечек нужно применять более плотную и вязкую жидкость, а для снижения гидравлических потерь – менее вязкую);
−малое изменение вязкости жидкости в широком диапазоне рабочих температур и давлений;
−достаточно низкая температура застывания и достаточно высокая температура вспышки;
−высокая механическая стойкость, стабильность характеристик в процессе хранения и эксплуатации;
−пожаробезопасность, нетоксичность, хорошие диэлектрические
свойства.
В гидросистемах применяют рабочие жидкости в виде минеральных масел или синтетических жидкостей. Свойства рабочих жидкостей характеризуются удельным весом, вязкостью, сжимаемостью и плотностью.
Вязкость является наиболее важным физическим свойством жидкости. От ее величины зависят утечки в системе, а соответственно и объемный КПД. Вязкость рабочей жидкости зависит от температуры и
21
давления; однако при давлении в гидросистемах до 25 МПа вязкость можно считать не зависимой от давления.
Наибольшее влияние вязкость жидкости оказывает на потери давления в местных сопротивлениях: тройниках, разветвлениях, изгибах.
При понижении температуры до – 40 °C сила трения манжетных уплотнений увеличивается в 1,6 – 1,8 раза, колец круглого поперечного сечения – в 1,4 – 1,6 раза. При повышении температуры сила трения также увеличивается.
Зависимость вязкости рабочей жидкости от температуры для некоторых рабочих жидкостей представлена на рисунке 2.1 [10].
Рисунок 2.1 – Зависимость коэффициента кинематической вязкости рабочей жидкости от ее температуры
22
При выборе рабочей жидкости необходимо принимать во внимание следующие рекомендации [1]:
− минеральные масла с вязкостью 20 – 40 сСт при 50 °C применяют
для гидравлических систем с давлением до 7 |
МПа; для давлений до |
|
20 |
МПа используют масла с вязкостью 60 – 110 сСт; для давлений до |
|
60 |
МПа выбирают рабочую жидкость с вязкостью |
100 – 175 сСт; |
−применение смеси масел в системах с высоким рабочим давлением не рекомендуется;
−температура застывания масла должна быть на 15 – 20 °С ниже минимальной рабочей температуры гидросистемы;
−в гидроприводах, работающих в условиях низких температур, обычно применяют морозостойкие рабочие жидкости, у которых температура застывания ниже 60 °С.
Для выбора рабочей жидкости и гидроагрегатов необходимо знать граничные температуры окружающего воздуха, которые зависят от климатической зоны эксплуатации гидропривода. Граничными температурами можно задаваться на основе следующих рекомендаций:
Крайний Север и Якутия |
от - 50 до + 30 °С; |
Западная и Восточная Сибирь |
от - 40 до + 30 °С; |
Южные районы страны |
от - 20 до + 40 °С. |
Нижний предел температур рабочих жидкостей определяется минимальной температурой той климатической зоны, где работает машина.
Верхний предел зависит от максимальной температуры окружающей среды [7].
Основные характеристики рабочих жидкостей, применяемых в гидросистемах машин лесного комплекса, приведены в таблице 2.1 [2, 8].
Таблица 2.1 – Основные характеристики рабочих жидкостей
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Марка рабочей |
Плотность, |
Вязкость, 10-6 м2/с (сСт), |
Температура |
Температур- |
||||
при температуре °С |
застывания*, |
ные пределы |
||||||
жидкости |
кг/м3 |
+50 |
+20 |
0 |
-20 |
-50 |
применения, |
|
|
|
°С |
°С |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
9 |
|
Индустриальное, |
|
|
|
|
|
|
|
|
И-12А (ГОСТ |
880 |
12 |
50 |
- |
1800 |
- |
-15 |
от -5 до + 60 |
20799-88) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Индустриальное, |
|
|
|
|
|
|
|
|
И-20А |
890 |
20 |
75 |
- |
- |
- |
-15 |
от -5 до + 90 |
(ГОСТ 20799-88) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Индустриальное, |
|
|
|
|
|
|
|
|
И-30А |
890 |
30 |
160 |
- |
- |
- |
-15 |
от +5 до + 60 |
(ГОСТ 20799-88) |
|
|
|
|
|
|
|
|
23
Окончание таблицы 2.1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Индустриальное, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И-40А |
900 |
45 |
229 |
- |
- |
- |
-15 |
от +5 до + 60 |
|
(ГОСТ 20799-88) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Веретенное АУ |
890 |
12 |
40 |
190 |
1250 |
20000 |
-45 |
от -30 до + 60 |
|
(ГОСТ 1642-75) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Трансформаторное |
886 |
9 |
30 |
- |
414 |
3880 |
-45 |
от -35 до + 53 |
|
(ГОСТ 982-56) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Авиасмесь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АМГ-10 |
870 |
10 |
16 |
42 |
130 |
451 |
-70 |
от -50 до + 60 |
|
(ГОСТ 6794-75) |
|
|
|
|
|
|
-60 |
|
|
Смесь ГМ-50 (ВТУ) |
880 |
8,6 |
25 |
- |
270 |
1400 |
от -55 до + 55 |
||
Турбинное Т-22 |
901 |
22 |
100 |
- |
- |
- |
-15 |
от 0 до + 50 |
|
(ГОСТ 32-53) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Турбинное Т-22 |
901 |
22 |
100 |
- |
- |
- |
-15 |
от 0 до + 50 |
|
(ГОСТ 32-53) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Турбинное Т-30 |
901 |
30 |
161 |
- |
- |
- |
-10 |
от +10 до + 50 |
|
(ГОСТ 32-53) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Дизельное Дп-8 |
918 |
49,5 |
220 |
- |
- |
- |
-25 |
от +10 до + 100 |
|
(ТУ МИП 457-53) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Дизельное Дп-8 |
918 |
80 |
170 |
- |
- |
- |
-15 |
от +0 до + 100 |
|
(ТУ МИП 457-53) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ВМГЗ (ТУ 38-101- |
860 |
10 |
- |
66 |
- |
- |
-60 |
от -40 до + 35 |
|
479-74) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
МГ-20 |
885 |
20 |
- |
300 |
- |
- |
-40 |
от -15 до + 50 |
|
(ТУ 38-1-01-50-70) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
МГ-30 |
890 |
30 |
- |
760 |
- |
- |
-35 |
от -10 до + 60 |
|
(ТУ 38-1-01-50-70) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
М-10В2 |
890 |
82 |
- |
7000 |
- |
- |
-15 |
от -10 до + 90 |
|
(ГОСТ 8581-78) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
М-8В2 |
889 |
52 |
- |
2500 |
- |
- |
-25 |
от -20 до + 50 |
|
(ГОСТ 8581-78) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ИС-20 |
890 |
20 |
- |
300 |
- |
- |
-15 |
от -10 до + 60 |
|
(ГОСТ 20799-88) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ИС-30 |
890 |
28 |
- |
760 |
- |
- |
-45 |
от -10 до + 60 |
|
(ГОСТ 20799-88) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание: * Температура застывания – это температура рабочей жидкости, при которой она теряет подвижность в течение 1 мин.
2.2Рабочее давление в гидросистеме
Величина рабочего давления влияет на габариты и стоимость элементов гидропривода, долговечность их работы, правила эксплуатации.
При выборе рабочего давления в гидросистеме необходимо учитывать, что при увеличении давления уменьшается расход (производительность, подача) насоса, а следовательно, его размеры, а также размеры гидросети и устройств управления, то есть гидропривод
24
становится более компактным. В то же время увеличение давления требует более дорогих насосов, высокой герметичности соединений и приводит к повышению нагрузок в отдельных узлах гидропривода.
Уменьшение рабочего давления вызывает увеличение размеров элементов гидропривода, но уменьшает требования к герметичности соединений, повышает срок службы гидропривода, дает возможность применить более простые и дешевые насосы.
При выборе рабочего давления необходимо также учитывать назначение и величину преодолеваемой полезной нагрузки. Для гидроприводов, имеющих несколько исполнительных механизмов, выбор основных параметров производят по наиболее нагруженному механизму.
Рабочее давление в гидросистеме может быть выбрано двумя способами.
Первый заключается в том, что при выполнении предварительных расчетов гидроприводов рабочее давление может быть принято в зависимости от величины преодолеваемой нагрузки.
Так, для гидроприводов в машиностроительной промышленности рабочее давление в зависимости от преодолеваемой нагрузки может приниматься [3]:
при F = (10 ÷ 20) кН |
P ≤ 1,5 МПа; |
при F = (20 ÷ 30) кН |
P ≤ 3,5 МПа; |
при F = (30 ÷ 50) кН |
P ≤ 5 МПа; |
при F = (50 ÷ 00) кН |
P ≤ 6,4 МПа. |
Эти давления можно принимать и при проектировании гидроприводов стационарных лесных машин. Для гидроприводов землеройных и дорожно-строительных машин давления на выходе насоса принимают следующие:
при F ≤ 10 кН |
P ≤ 5 МПа; |
||
при F = (12 |
÷ 30) кН |
P = 6 |
÷ 7 МПа; |
при F = (30 |
÷ 60) кН |
P = 8 |
÷ 10 МПа; |
при F = (60 |
÷ 100) кН |
P = 12 ÷ 15 МПа; |
|
при F > 100 кН |
P = 16 ÷ 20 МПа. |
Второй способ выбора рабочего давления в гидросистеме основан на аналогии с действующими нагрузками в гидросистемах машин лесной отрасли.
При выборе рабочего давления необходимо руководствоваться рядом номинальных давлений по ГОСТ 12445-80, так как на эти давления
25
рассчитываются конструкции насосов, гидромоторов и всех других элементов гидропривода.
Ряд номинальных давлений (в МПа) в соответствии с ГОСТ 12445-80 (СТ СЭВ 518-77) приведен ниже :
0,1 |
0,16 |
0,25 |
0,4 |
0,63 |
1,0 |
1,6 |
2,5 |
4,0 |
6,3 |
10 |
12,5 |
16 |
20 |
25 |
32 |
40 |
50 |
63 |
80 |
100 |
125 |
160 |
200 |
250 |
Величина давления связана с типом насоса и назначением гидропривода на машине (для выполнения вспомогательных и установочных движений или для привода рабочего оборудования). Например, в гидроприводах бульдозеров, скреперов, рыхлителей и т.д. обычно применяют шестеренные насосы с номинальным давлением 10, 16 и 20 МПа, в гидроприводах экскаваторов, погрузчиков, автокранов – аксиально-поршневые насосы с номинальным давлением 16, 20, 25,
32МПа.
2.3Объемные гидродвигатели
2.3.1 Классификация гидродвигателей
Объемным гидродвигателем называется гидромашина для преобразования энергии потока рабочей жидкости в энергию движения выходного звена.
Гидродвигатели разделяют на три класса (рисунок 2.2):
1.Гидроцилиндры – объемные гидродвигатели с поступательным движением выходного звена;
2.Поворотные (моментные) гидродвигатели с ограниченным углом поворота выходного звена;
3.Гидромоторы – объемные гидродвигатели с вращательным движением выходного звена.
26
Рисунок 2.2 – Классификация объемных гидродвигателей
2.3.2 Гидроцилиндры
Гидроцилиндры являются простейшими гидродвигателями, которые применяются в качестве исполнительных механизмов гидроприводов различных машин и механизмов с поступательным движением выходного звена.
Основные схемы гидроцилиндров представлены на рисунке 2.3. По принципу действия и конструкции они весьма разнообразны.
По кинематическим признакам гидроцилиндры делятся на две группы:
−с подвижным штоком и неподвижным корпусом;
−с неподвижным поршнем и подвижным корпусом.
Различают гидроцилиндры одностороннего действия (рисунок 2.3 а, в, д, ж, г) и двустороннего действия (рисунок 2.3 б, е, з) [5].
Гидроцилиндр одностороннего действия (рисунок 2.3 а) имеет шток с поршнем, перемещаемый силой давления жидкости в одну сторону. Обратный ход штока совершается под действием внешней силы или пружины. Рабочая жидкость подводится только в одну рабочую полость.
Гидроцилиндр двустороннего действия (рисунок 2.3 б) имеет поршень с односторонним штоком с внутренним и наружным уплотнениями. Рабочая жидкость подводится поочередно в обе рабочие полости. Движение ведомого звена в обе стороны производится под действием давления жидкости.
27
Рисунок 2.3 – Гидроцилиндры с возвратно-поступательным движением выходного звена: а – с односторонним штоком; б – с двусторонним штоком; в – плунжерный; г – телескопический; д, е – с двусторонним подводом рабочей жидкости; ж – мембранный; з – сдвоенный
Силовой гидроцилиндр, имеющий несколько штоков, общий ход которых больше длины его корпуса, называется телескопическим (рисунок 2.3 г). Применяются телескопические гидроцилиндры в случаях, когда при малой длине корпуса требуется получить большой ход рабочего звена. Выдвижение штоков начинается с поршня большего диаметра.
Мембранные гидроцилиндры (рисунок 2.3 ж) применяются там, где требуются незначительные перемещения при высоких усилиях.
В гидроцилиндрах двустороннего действия движение выходного звена в обоих направлениях осуществляется под действием потока рабочей жидкости. Такие гидроцилиндры выполняются в двух вариантах (рисунок
2.3д, е, з):
−гидроцилиндр с односторонним штоком, в котором шток находится только с одной стороны поршня;
28
− гидроцилиндр с двусторонним штоком, в котором шток расположен по обе стороны поршня.
Гидроцилиндры с двусторонним штоком применяются в тех случаях, когда необходимо в обычной схеме подключения гидролинии получить одинаковое усилие и одинаковую скорость при движении штока в обоих направлениях. Однако такие гидроцилиндры увеличивают габариты машины, так как шток выходит по обе стороны корпуса, и, кроме того, они более сложны в изготовлении. Поэтому преимущественно применяют гидроцилиндры с односторонним штоком, а нужное соотношение скоростей при движении в разных направлениях обеспечивают схемой подключения и конструктивными размерами.
Сдвоенные гидроцилиндры (рисунок 2.3 з) применяют для увеличения усилия на штоке. Такие гидроцилиндры используются, например, когда для получения необходимого усилия, когда нельзя установить гидроцилиндр с большим диаметром, но при этом длина цилиндра не ограничивается. Последовательное соединение гидроцилиндров увеличивает эффективную площадь, а следовательно, тянущее или толкающее усилие на штоке [12].
2.3.3 Конструкции гидроцилиндров
Общая схема устройства гидроцилиндра представлена на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 – Устройство гидроцилиндра: 1 – собственно цилиндр; 2 – поршень; 3 – шток; 4 – задняя крышка с проушиной; 5 – передняя крышка; 6 – проушина штока (головка); 7 – штоковая полость; 8 – бесштоковая полость
Основными параметрами гидроцилиндров определенными государственным стандартом являются:
а) диаметры гидроцилиндров; б) диаметры штоков;
29
в) ход поршня; г) коэффициент мультипликации.
Стандартами отраслей (ОСТ) разработаны типовые гидроцилиндры с параметрами Госстандарта.
При проектировании гидроцилиндров коэффициент мультипликации упрощает расчеты. На практике в редких случаях проектируют гидроцилиндры, их выбирают из перечня типовых.
Отметим особенности выпускаемых в массовом производстве гидроцилиндров.
Гидроцилиндры общепромышленного назначения (Ц) выпускаются всего с двумя значениями коэффициента мультипликации φ:
−с усиленным диаметром штока φ = 1,6 (1,65);
−с нормальным диаметром штока φ = 1,33.
Эти гидроцилиндры рассчитаны так же на два разных уровня давления:
−16 МПа – с кратковременным увеличением давления до 20МПа;
−30 МПа – для экскаваторостроения с максимальным увеличением до 40МПа.
Гидроцилиндры сельского хозяйства (ЦС) рассчитаны на давление от 6 до 8 МПа. Гидроцилиндры станкостроения (Г) – от 4 до 6 МПа.
В лесной промышленности используются как цилиндры других отраслей, так и собственного производства. Эти цилиндры не имеют буквенного индекса и производятся для определенных машин. Давление в гидроцилиндрах лесных машин от 16 до 18 МПа, однако оно не остается постоянным и с усовершенствованием производства растет.
Все типы гидроцилиндров (рисунок 2.4) состоят из двух сборочных единиц: корпуса и поршневой группы. Основные конструктивные отличия различных типов гидроцилиндров заключаются в способе соединения крышек с гильзой (собственно цилиндром). Это соединение может быть разъемным (резьбовым; шпильки, болты) или неразъемным (электродуговая сварка). Поршневые группы отличаются в основном применяемыми типами уплотнений.
В таблице 2.2 представлены условные (схематичные) обозначения гидроцилиндров.