книги из ГПНТБ / Терехин, Н. И. Расчет параметров объемной гидравлической передачи машин инженерного вооружения учебное пособие

самовсасывающими насосами такая установка фильтров нецелесо­ образна.

Фильтр может быть установлен после насоса на линии нагнета­ ния. В этом случае фильтры должны быть рассчитаны на более высокое давление и большее сопротивление. Установка фильтра на сливной линии отличается тем, что фильтр >в этом случае не пре­ пятствует всасыванию и не находится под рабочим давлением. В последнее время в некоторых гидропередачах машин инженерного вооружения применяют установку фильтров по схеме, представ­ ленной на рис. 30,6. При этом представляется возможным пропус­ кать через фильтр не всю сливаемую жидкость, а лишь часть ее, что позволяет применять фильтры тонкой очистки. Регулирование количества рабочей жидкости, пропускаемой через фильтр, осуще­ ствляется подпорным клапаном.

Конструкция фильтра должна быть такой, чтобы при замене фильтрующего элемента не требовалось демонтажа фильтра и сли­ ва рабочей жидкости из системы.

Существующие способы очистки рабочей жидкости основаны на пропускании рабочей жидкости через пористые материалы. Пори­ стые материалы могут быть поверхностными, у которых загрязняю­ щие частицы задерживаются на поверхности фильтра, и глубин­ ными, у которых загрязняющие частицы задерживаются как на поверхности, так и в глубине фильтрующего материала. Материа­ лом для поверхностных фильтров служат металлические сетки и пластины, ткань и бумага, войлок, картон, а для глубинных — минеральная вата, фетр, картон, керамика, а также пакеты, со­ бранные из поверхностных фильтрующих элементов.

По качеству очистки рабочей жидкости фильтры могут быть отнесены к фильтрам тонкой очистки, удерживающим частицы раз­ мером меньше 10 мк, а фильтрам грубой очистки, удерживающим частицы размером крупнее 12— 15 мк. Качество очистки определя­

ется материалом фильтрующего элемента. Фильтрующие элементы, изготовленные из волокнистых прессованных материалов, керами­ ки и многослойных сеток, задерживают частицы размерами до 1 — 5 мк, металлические сетки способны задерживать частицы с раз­ мерами до 15—20 мк, проволочные и пластинчатые фильтрующие элементы задерживают частицы размерами 40—200 мк.

•Сравнение различных фильтрующих элементов по тонкости фильтрации проводится по величине коэффициента фильтрации, представляющего собой отношение количества отфильтрованных частиц загрязнения к количеству загрязнений, содержащихся в том же объеме неотфильтрованной жидкости, и по пропускной способности (удельному расходу рабочей жидкости) через единицу поверхности фильтра при перепаде давления 1 кГ/см2 и вязкости рабочей жидкости 1 пз.

В гидравлических передачах машин инженерного вооружения применяются пластинчатые, сетчатые, проволочные, комбинирован­ ные и другие фильтры.

80

Пластинчатые фильтры (рис. 31). Фильтрующий элемент этих фильтров состоит из (набора пластин 3, разделенных проставками (пластинами) 2. Очистка фильтрующего пакета осуществляется при помощи щеток 1. Наиболее широкое применение получили фильтры с зазором (толщиной проставки) 0,08—0,18 мм при тол­ щине щетки 0 ,1 —0,2 мм, толщина пластин принимается 0,5 мм, количество пластин в пакете может быть до 1 1 0 0 и более, а пере­ пад рабочего давления до 4 кГ/см2.

• /7-/7

Р ис. 31. Типовой пластинчатый фильтр
Высоту фильтрующего пакета и поверхность		фильтрации F
определяют по формулам:
Я = zs + 8 (z — 1 ) мм,		(И 5 )
F = 0fiU :D H , см2,		(146)
где D — наружный диаметр пластины, мм,
s — толщина пластины,	мм,
z — количество пластин	в пакете,
8 — толщина проставки.
Живое сечение фильтрующей поверхности пакета равно
/ro = 0,01uD8(2: - \ ) k ,		(147)

6 Зак. 878

81

где	360 — ср0
	— коэффициент уменьшения живого сечения с
	зео
	учетом очистных щеток,
	Фо— центральный угол, закрываемый щетками.

Пластинчатые фильтры применяются в основном для грубой очистки рабочей жидкости, так как рабочий зазор в них может быть 0,08; 0 ,1 2 ; 0,2 мм. Минимальное значение фильтрующего за­

зора определяется механической прочностью щеток. Указанные фильтры обеспечивают рас­ ход рабочей жидкости от 5 до 70 л/мин и давление до

50 кГ/см2.

Основными преимущест­ вами пластинчатых фильт­ ров являются минимальное по сравнению с другими фильтрами сопротивление и возможность периодической очистки поворотом фильт­ рующего пакета. Сущест­ венным недостатком плас­ тинчатых фильтров является то, что они способны задер­ живать только крупные час­ тицы, являясь по сути фильт­ рами грубой очистки. Для повышения тонкости очистки пластинчатые фильтры часто применяют в сочетании о фильтрами более тонкой очистки.

Сетчатые фильтры. В ка­

Р и с.	32.	Типовой	сетчатый		фильтр	честве		фильтрующего		эле­
меняется	плетеная		металлическая			мента	таких фильтров при-
						сетка:		(ГОСТ	6613—53),
навитая	и	припаянная		к	металлическому			каркасу	в	один
или несколько слоев.				Схема сетчатого			фильтра представлена

на рис. 32. Рабочая жидкость поступает через отверстие 1 к фильт­ рующему элементу 2. Пройдя через фильтрующий элемент 2, рабо­ чая жидкость ,проходит в трубу 3 и выходит и отверстие 4. Сетча­

тые фильтры могут устанавливаться как в сливной, так и в напор­ ной магистрали. Качество фильтрации сетчатых фильтров опреде­ ляется величиной ячейки в свету, при этом следует иметь в виду, что по мере засорения фильтра сопротивление потоку рабочей жидкости будет увеличиваться, а тонкость фильтрации повышать­ ся. Если число проволок на единице длины и диаметры проволок

82

по основе и утку равны, то площадь живого сечения будет равна

где / 7 — общая площадь поверхности фильтрующей сетки, см2,

а	— величина ячейки в свету,	мм,
d	— диаметр проволоки сетки,	мм.

Для уменьшения размеров ячеек в свету сетку часто прокаты­ вают, при этом улучшается фиксация проволок основы и ужа друг относительно друга. Для этой же цели очень часто сетки подвер­ гают гальваническому покрытию. Общая площадь однослойного сетчатого фильтра выбирается такой, чтобы она превышала пло­ щадь входного отверстия ib корпусе (или площадь сечения трубы) в 40—60 раз. Сетчатые фильтры выпускаются для расходов от 8 до 70 л/мин и давления до 5 кГ{см2. Кроме этого выпускаются так­

же фильтры высокого давления, устанавливаемые в напорной ма­ гистрали. При определении размеров фильтров обычно исходят из заданного допустимого перепада давления Ар, который рекомен­ дуется принимать 0,5 кГ/см2.

Необходимая общая площадь фильтрующего элемента опре­ деляется по формуле

I*Q				(149)
^ф -
ЧфЬр
где Q — расход рабочей жидкости через фильтр, м? 'сек,
Р- — динамическая вязкость	при температуре		фильтрования,
н • се к м 2,		через единицу		по­
<7Ф— удельный расход рабочей жидкости
верхности фильтрующего элемента		при	перепаде	дав­
ления 1 н;м2 и вязкости	жидкости 1	н-сек\м2.

Значение удельного расхода рабочей жидкости определяется экспериментальным путем для конкретного фильтрующего мате­ риала. При расчетах можно принимать следующие значения q$r.

—для редкой сетчатой хлопчатобумажной ткани ^$,=0,09 м (0,009 л/см2);

—для мягкого густого войлока на 1 см толщины <7ф=0,15 м

(0,015 л/сж2);

для густой металлической сетки <7ф.=0,5 м (0,05 л/см2)\

— для пластинчатого фильтра с зазорами 0,05—0,08 мм между пластинами ^ ,= 0,8 м (0,08 л!см2).

Значения удельного расхода сеток приведены в табл. 11.

6*

83

						Т а б л и ц а		II
		Удельная пропускная			способность сеток по ГОСТ 6613—53
					Удельный расход ?ф,, м
		N° сетки		один	слой	два слоя	три слоя
		018		35		21	13
		015		26		13	11,6'
		0125		21		10,4	8,6»
		0105		15		10,4	6,8.
		0085		10,4		8,6	6
		0075		10,4		5,6	5
		0063		8,00		5,6	4,1
		0045		5,3		2,3	1,8
	Площадь проходных окон фильтра					пластинчатого	типа опре­
деляется по формуле
				F n = n D o (z -		1 ),
где	D — наружный диаметр пластин,
		z — количество	пластин,
		8 — рабочий фильтрующий зазор.
	Площадь рабочих окон сетчатого фильтра
где F — общая площадь сетки,
	а — размеры окна			в свету,
	d — диаметр проволоки сетки.
Площадь рабочих окон сетчатого (проволочного) фильтра								реко­
мендуется определять по формуле
				Л .р - n f { t ~ d)		,	(149а)
где	п — число окон		фильтра,
	/	— площадь рабочего			окна,
t и d		— соответственно		шаг и диаметр проволоки.
	При отсутствии достоверных данных по пропускной способности

фильтра площадь его поверхности можно определить по рекомен-

84

дациям, связанным с допустимой скоростью течения рабочей жид­ кости, значение которой не должно быть больше 0,5—0,8 м/'сек, и

допустимому перепаду давления, который должен лежать в пре­ делах 1,5—2,5 кГ/см2. В этом случае суммарная площадь фильт­

рующей поверхности будет равна

F = J L .		= ------------ - 5 - -----------,	(150)
	V 3	1 0 0 ? ф ] / ^ 1 / Д ^ з
где т — объемный вес, н\м?\
<7Ф— коэффициент	расхода, равный 0,7 — 0,75;		равным 0,5 —
к ъ— коэффициент	засоряемости, принимаемый

0,75.

Номенклатура фильтров, рекомендуемых для применения в гид­ равлических передачах машин инженерного вооружения, приведе­ на в приложении 1 .

§ 14. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ МАШИН ИНЖЕНЕРНОГО ВООРУЖЕНИЯ

Нагрев гидравлической передачи определяется температурным режимом рабочей жидкости. Применяемые в гидропередачах ма­ шин инженерного вооружения рабочие жидкости имеют крутую характеристику зависимости вязкости от температуры. Как изве­ стно, уменьшение вязкости приводит к увеличению утечек в золот­ никах, силовых цилиндрах и особенно в насосах и гидродвигателях. При нагревании рабочей жидкости до температуры 55—65° С резко активизируется ее окисление, что приводит к выделению из нее смолистых осадков, засоряющих клапаны, золотники и ухуд­ шающих работу гидропередачи в целом.

Уменьшение нагрева рабочей жидкости может быть достигнуто рациональным построением . гидропередачи, в состав которой входит насос минимально необходимой производительности. Иногда применяют гидропередачи с двумя насосами, один из ко­ торых обеспечивает рабочий ход, а другой — холостой ход. Другое направление снижения температурной напряженности гидропере­ дачи связано о выбором достаточных объемов рабочей жидкости в баках, ограничивающих температуру нагрева. Следует предусмат­ ривать обеспечение максимально интенсивной циркуляции нагре­ той рабочей жидкости вдоль поверхностей бака, а также макси­ мально возможное удаление всасывающих труб от сливных. Если указанные мероприятия не обеспечивают достаточного охлаждения рабочей жидкости, то в гидропередачах необходимо вводить при­ нудительное охлаждение.

Основным источником тепловыделений в гидропередачах ма­ шин инженерного вооружения является рабочая жидкость, сливае­

85

мая в бак через клапаны и дроссели, в которых кинетическая энер­ гия струи жидкости превращается в тепловую энергию.

Количество выделяемого в гидропередаче тепла определяется величиной потерянной мощности

К о т - N			- Ко*,		(151 >
где N — подводимая к гидропередаче				мощность, равная при­
водной мощности	насоса,				величиной полезной
пол — полезная мощность определяемая
работы
/V = — ?■ - •	М	— P v		A f	l¥l
>	*vпол		r u t	■''пол

где Q — теоретическая производительность насоса,

р— перепад давления,

^= г]0—т}м— общий к.п.д. гидропередачи,

Р;	Л4 — полезные усилие		и момент гидродвигателя,
v;	о)м— скорость	гидродвигателя,
	tqo— объемный	к.п.д.	гидропередачи,
	— механический к.п.д. гидропередачи.
При сливе рабочей жидкости			под давлением через предохрани­

тельный клапан или дроссель потерянная мощность определяется по формуле

N n0T= 63 Qp	(152)
Гц
где - — отношение времени слива рабочей жидкости	через пре-

дохранительный клапан к длительности рабочего цикла.

Тепло, выделяющееся в гидропередаче, затрачивается на нагре­ вание рабочей жидкости, бака, насоса, гидродвигателей, аппара­ туры и трубопроводов, а также рассеивается в окружающее прост­ ранство путем теплоотдачи от поверхностей охлаждения. При до>- стижении установившейся температуры все выделяемое тепло рас­

сеивается в окружающее пространство,	что описывается выраже­
нием
Мпот = 2 а/Г^ у _	0 >	(153)
где t°y — установившаяся температура;
t°0 — температура окружающей среды, которая		принимается

равной примерно 20 — 25°С;

F — поверхность теплоотдачи, определяемая следующим об­

разом:

—предполагается, что рабочая жидкость заполняет бак на высоту около 0 ,8 высоты бака,

86

—площадь поверхности бака, соприкасающейся непосред­ ственно с рабочей жидкостью F u включая и площадь

основания, учитывается полностью,

—площадь остальной поверхности бака F 2 учитывается с

уменьшением в два раза

F = F, + 0,5 F2»

При отношении сторон бака от 1 : 1 : 1 до 1 : 2 : 3 расчет­ ная поверхность бака определяется по формуле

з __ F = 6,5 У > ,

где V — объем рабочей жидкости,

а— коэффициент теплоотдачи наружных поверхностей в окружающую среду

	1
otj	X	а2
а, — коэффициент теплоотдачи		рабочая	жидкость — стенка
(для рабочих жидкостей а\ = 1163			вт/м2• град);

X— коэффициент теплоотдачи стенка—воздух (А,= 58 вт/м2*

• град) ;

а2 — коэффициент теплопроводности стенок бака (для стали

о&2= 58 вт/м2• град) ;			трубопроводов
Зс — толщина стенки бака (гидроцилиндра,
идр.).	расчетах принимают следующие значения
При практических
коэффициента теплоотдачи:		открытой	поверхности
— при свободно	обтекаемой

а=13 ккал/м2 • ч • град;

—при обдуве поверхности вентилятором а = 2 0 ккал/'м2 • ч • град;

— при затрудненной циркуляции воздуха вокруг нагретой по­

верхности	(привод расположен в нише) а = 8,7		ккал/м2• ч • град;
— при	охлаждении проточной водой	для	поверхностей труб
змеевиков	и ребристых поверхностей	охлаждающих устройств

а = 95— 150 ккал/м2 • ч • град;

По основной формуле либо определяют установившуюся тем­ пературу рабочей жидкости в баке, либо, задавшись температурой, определяют необходимую площадь поверхности охлаждения.

Ориентировочный расчет необходимою объема рабочей жидко­ сти или установившейся температуры при известном объеме можно

производить по следующей формуле:
1^=0,0008 1\// - ^Д t-o .	'(151)'

87

При установившемся режиме работы гидропередачи температура t !° рабочей жидкости не зависит от времени работы и может быть

определена по формуле

	_о_	(155)
	a F
	или
	630 УУ(1 — ?])	(156)
	а F

В условиях, когда необходимо учесть неустановившийся режим работы гидропередачи, температура рабочей жидкости определяет­ ся из условия рассмотрения теплового баланса для элементарного количества тепла, отдаваемого гидромеханизмами за бесконечно малое время

P - t l + V l - O e

т1с1+т2с2

+

Q

( 1

niiCi + m^Co

),

(157)

a.F

где

т 1У m 2 — масса рабочей

жидкости и масса

металла, кгу

ci и с2 — теплоемкость

жидкости и металла, ккал!кг-град

_0_

Щ\С\ + т 2с2 ]п

а F - ( t \ - о

(158)

a F

_ о

_

-

Г -

о

а F

Для

практических

расчетов

можно

принимать

Ci = 1 ,6 8 *1 0 3

дж/кг-ерад — для рабочих жидкостей на минераль­

ной основе, С2=0,482 • 1 0 3

дж/кг • град — для стали.

по­

При проведении проверочных

расчетов на достаточность

верхности охлаждения можно пользоваться формулой

F =

./У(1

7]) сэк кв

(159)

где

у\ — полный к.п.д. гидропередачи,

/^— наружная поверхность бака,

непрерывность работы

гид­

к в — коэффициент, учитывающий

ропередачи,

&в == - Р— ,

tpa6— фактическое

^полн

гидропередачи

за

рассмат­

время

работы

риваемый промежуток времени, tn0JlH — полное время работы.

Повышение температуры рабочей жидкости при проходе через дроссель или предохранительный клапан определяется по формуле

д i° =	.	(160)
	С2 Р

88

Максимально допустимая рабочая температура рабочей жидкости в гидропередачах машин инженерного вооружения не должна пре­ вышать 55—60° С, а средняя температура окружающего воздуха обычно принимается равной 20—25° С.

§ 15. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ МАШИН ИНЖЕНЕРНОГО ВООРУЖЕНИЯ

Надежностью гидравлической передачи называется ее свой­ ство, характеризуемое вероятной способностью безотказно обеспе­ чивать выполнение требуемых функций в течение заданного срока службы. Количественная оценка надежности зависит от времени, уменьшаясь с его увеличением. Техническое состояние гидравличе­ ской передачи на заданный срок службы или сроки работы по от­ ношению к основным параметрам определяется работоспособно­ стью, причем ее исправность означает соответствие всем требова­ ниям, предъявляемым к гидропередаче.

Вероятность сохранения работоспособности гидравлической передачи в течение определенного срока хранения в определенных условиях называется ее сохраняемостью.

Способность гидропередачи к восстановлению исправности и к поддержанию заданного ресурса путем предупреждения, обнару­ жения и устранения неисправностей и отказов называется ремонто­ пригодностью гидропередачи. Ремонтопригодность определяет эффективность конструкции гидравлической передачи машин инже­ нерного вооружения.

В теории надежности рассматриваются вероятностные законо­ мерности нарушения работоспособности гидравлической передачи или элементов, ее комплектующих, и на этой основе создается ме­ тодика расчета и прогнозирования отказов. Теория надежности, как известно, намечает пути повышения надежности при проекти­ ровании гидравлических передач машйн инженерного вооружения, обеспечивая получение заданного уровня надежности в процессе изготовления и сохранения надежности в процессе эксплуатации. Практически можно достичь любого уровня надежности, но ценой огромных материальных затрат, поэтому значительную роль играют оптимальные соотношения между необходимыми характе­ ристиками гидравлической передачи, надежностью и технологично­ стью, а также условиями эксплуатации. Для оценки надежности гидравлических передач необходимо знание надежности каждого составляющего элемента.

Количественные характеристики надежности определяются ви­ дом распределения среднего времени безотказной работы и пара­ метрами этого распределения. В случае заранее известного закона распределения достаточно знать опасность или интенсивность от­ казов X, обратная величина которой является средним временем

безотказной работы Г,ср.

89