гидропривод_мет_машин

НН — неингибированные очищенные минеральные масла (ана­ логичны маслам, отвечающим стандарту DIN 51517. ч.1);

HL — масла с антиокислительными и антифрикционными свой­ ствами (аналогичны маслам по стандарту DIN 51524, ч. 1);

HR — масла HL с присадками, улучшающими вязкостнотемпературные свойства (индекс вязкости);

НМ — масла HL с улучшенными противоизносными свойствами (аналогичны маслам по ст. DIN 51524 ч. 2);

HV — масла НМ с присадками, улучшающими индекс вязкости; HG — масла НМ с противозадирными и антискачковыми свой­

ствами;

HS — синтетические жидкости, не обладающие особыми огне­ стойкими свойствами (для условий эксплуатации без требований к РЖ по огнестойкости).

ляемые буквы определяю! особенности жидкости по ее составу;

HFA — эмульсии типа "масло в воде" или водные растворы с концентрацией компонентов до 20% ( обычно в РЖ до 5% концентратов по объему);

HFAE — эмульсии "масло в воде", с содержанием воды более

80%;

HFAS — растворы жидких концентратов в воде, используемые в тех же целях, что и жидкости HFAE. Содержание жидкого концентрата обычно не превышает 10% объемных;

HFB — эмульсии типа "вода в масле", содержание воды обычно около 40% объемных и менее. Жидкостям типа HFB, которые сохраняют стабильность при низких температурах, добавляется обозначение LT;

HFC — растворы полимеров в воде (как правило, полигликолей), обычно содержание воды 35% и более по объему;

HFD — жидкости, не содержащие воду в качестве компонента, в зависимости от природы ингредиентов делятся на:

HFDR — основной компонент — сложные эфиры фосфорной ки­

слоты;

HFDS — основной компонент — галогенсодержащие соедине­ ния, в т.ч. хлорированные углеводороды;

HFDT — основной компонент — смесь HFD (R + S);

H.FIU — другие безводные жидкости ( не HFDR, HFDS, HFDT).

10

ределяется качеством обслуживания гидропривода (правильно подобран­ ные и своевременно обслуживаемые фильтры и их элементы; применение устройств для стабилизации температуры рабочей жидкости; защита ба­ ков от попадания воды; применение комплекса мер для предупреждения газонасыщености жидкостей и уменьшения ценообразования рабочей жидкости в баке). Третий период - период резкого ухудшения параметров рабочей жидкости.

Качественную оценку состояния рабочей жидкости проводят по ряду параметров. Важнейшими из них являются:

•Изменение вязкости - длительное дросселирование при высоких температурах приводит к изменению вязкости. Нормами преду­ сматривается изменение вязкости не более чем на 20% от перво­ начальной величины.

•Кислотное число. В процессе эксплуатации накапливаются про­ дукты окисления масла. Данное число определяется количеством (мг) едкого калия, необходимого для нейтрализации кислот в 1 г масла. Гидравлические масла в состоянии поставки имеют ки­ слотное число, равное 0,02...0,2 мг КОН/г. Максимально допус­ тимое кислотное число для рабочей жидкости, находящейся в эксплуатации, не должно превышать более чем на 30% кислот­ ное число в состоянии поставки.

•Большое значение для гидроприводов технологических машин, работающих на открытом воздухе, имеет величина температуры замерзания жидкости и ее стабильность.

1.4.Гидравлический удар

Если при течении жидкости в трубопроводе быстро закрыть про­ ходное сечение с помощью задвижки или другого аппарата, то произой­ дет резкое повышение давления, называемое гидравлическим ударом. При этом кинетическая энергия движущегося потока жидкости перейдет в потенциальную энергию, и давление может во много раз превысить нормальное значение.

1 Говышение давления вычисляется по уравнению Н.Е. Жуковско­

го:

12

где - плотность рабочей жидкости; - толщина стенки в под­ водимом напорном трубопроводе; v - скорость движения жидкости в трубопроводе; - диаметр напорного трубопровода; Е - модуль объ­ емной упругости жидкости; - модуль упругости материала стенок

трубопровода.

Эта формула справедлива, если трубопровод полностью пере­ крыт. Если закрытие неполное, в результате которого скорость уменьша­ ется от начального значения до конечного v, то формулу Жуковского Н.Е. можно записать в виде

Величина а имеет размерность скорости и определяется

Способами борьбы с гидравлическим ударом являются:

•применение клапанов давления;

•применение гидравлических аккумуляторов;

•специальная конструкция кромки золотника, обеспечивающая постепенное перекрытие трубопровода;

•применение дросселей в линиях управления распределителей с гидравлическим управлением для плавного перекрытия трубо­ проводов.

1.5. Кавитация

При движении жидкости в сужающейся трубе, типа трубки Вентури, в наиболее узком сечении ее скорость достигает наибольшего значения, а давление будет минимальным. Предел уменьшения величины давления зависит прежде всего от того, что течет по трубопроводу: газ или капель­ ная жидкость.

Кипение капельной жидкости (вода, спирт, масло и др.) при заданной температуре может быть получено понижением давления. Давление, при

13

котором происходит кипение жидкое i и, называется давлением парообра­

можно найти в физических справочниках. В качестве примера приведем величину для воды:

Из приведенных данных видно, что при температуре 20° С вода за­ кипает при давлении 17 мм рт. ст. Если давление в наиболее узком сече­ нии трубопровода достигнет давления парообразования, то жидкость в этом месте начнет кипеть и в трубе при этом образуются полости, запол­ ненные паром.

Закипание жидкости при пониженном давлении, возникающем в ре­ зультате возрастания скорости потока, и образование в текущей жидкости полостей, заполненных паром или газом, приводит к кавитации.

Кавитация может происходить во всех капельных жидкостях, в том числе и в жидких металлах. Последнее иногда наблюдается при исполь­ зовании жидких металлов в качестве теплоносителей на атомных элек­ тростанциях.

Если после наиболее узкого сечения, в котором происходит кави­ тация, последует расширение трубы, то основная масса жидкости на этом участке будет двигаться в виде свободной струи, окруженной пенообраз­ ной смесью пузырьков пара и жидкости. Далее, ниже по течению, в неко­ торой точке паровая зона замкнется на стенке, и поток жидкости заполнит все сечение трубы.

Кавитация возникает не только при движении жидкости в тру­ бопроводах, но и при внешнем обтекании тел, в частности, на лопастях гребных винтов, рабочих колес гидравлических турбин и насосов. Жела­ тельное увеличение скоростей вращения рабочих колес насосов, гидрав­ лических турбин приводит к тому, что скорости становятся настолько большими, что в некоторой области давление падает до давления парооб­ разования, и возникает кавитация.

Появление кавитации всегда вызывает увеличение сопротивления, т.е. добавочную потерю энергии. Кроме этого, она приводит к разруше­ нию металла и появлению кавитационных шумов. Последствия кавитации настолько существенны, что обычно при проектировании насосов, турбин и винтов лопасти рассчитывают так, чтобы на них не возникала кавита­ ция.

Эрозия металла обычно происходит в местах, где кавитационная ка­ верна замыкается. Природа разрушения металла еще недостаточно изуче­ на, но можно утверждать, что разрушение происходит под действием

14

очень высоких давлений (сотни мегапаскалей) и температур, возникаю­ щих в жидкости при «схлопывании» пузырьков пара, а также химическо­ го воздействия и, как утверждают некоторые авторы, электрических по­ лей, возникающих в каверне.

В результате всех этих воздействий металл разъедается, поверх­ ность приобретает губчатый вид. Процесс разрушения и поломки про­ исходит очень быстро.

Шумы, возникающие при появлении кавитации, настолько сильны, что они могут служить причиной вибрации отдельных элементов машин, приводящих их к неустойчивой работе и даже разрушению.

При кавитации из-за образования пузырьков нарушается сплош­ ность потока жидкости, что приводит к уменьшению сечения потока, увеличению потерь и снижению расхода. В лопастных насосах кавитация приводит к снижению подачи, напора, мощности и КПД.

Кавитация часто возникает во всасывающих гидролиниях в резуль­ тате местного уменьшения давления ниже критического значения (оно приблизительно равно давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре). Она сопровождается гидравлическими микроуда­ рами и, как следствие, местным повышением температуры и давления, что вызывает разрушение деталей, появление вибраций, снижение КПД.

С кавитацией борются, уменьшая разрежение в зонах ее возмож­ ного появления, в частности путем повышения давления. При этом при­ меняют подпор во всасывающей линии насоса, а также эластичные спе­ циальные разделители сред в баках насосных установок. Используют ма­ териалы, стойкие против кавитационного разрушения, - бронзу, титан, коррозионно-стойкую сталь, повышая чистоту их обработки.

1.6.Гидростатическое давление

Давление измеряется следующими единицами:

•Паскаль (принято в системе СИ, основная единица измерения давления по ГОСТ РФ); Па = [Ньютон / м2 ].

•Бар (единица, принятая в Европе); 1 Ваr = 0,1 МПа.

•Миллиметр ртутного столба.

•Метр водяного столба.

•Фунт - сила на квадратный дюйм - psi (единица, принятая в Се­ верной Америке); 1 psi = 52,2 мм рт. ст.

•Килограмм-сила на квадратный сантиметр (единица измерения

1.7. Приборы для измерения давления

Методы измерения гидростатического давления так же разнообразны, как и конструкции приборов, предназначенных для этого.

Приборы для измерения давления носят общее название манометры. Однако по назначению они подразделяются на барометры, служащие для измерения атмосферного давления, манометры, измеряющие давление выше атмосферного, и вакуумметры, измеряющие давление ниже атмо­ сферного.

По принципу действия манометры делятся на жидкостные (водяные, спиртовые, ртутные) и механические (пружинные, мембранные и сильфонные).

Простейшим жидкостным прибором является пьезометр. Он состоит из стеклянной трубки с внутренним диаметром 5—12 мм, помещенной на доске с измерительной шкалой, градуированной обычно в миллиметрах. Верхний конец трубки сообщается с атмосферой, а нижний соединен с сосудом (резервуаром), в котором находится жидкость под давлением. Под действием этого давления жидкость поднимается по трубке на неко­ торую высоту, называемую пьезометрической высотой.

Пьезометр является достаточно точным прибором. Однако, чтобы ис­ пользовать его для измерения больших давлений, требуются очень высо­ кие трубки.

Для измерения таких высоких давлений применяют ртутные мано­ метры. Поскольку плотность ртути в 13,6 раза больше плотности воды,

которая по шкале указывает величину давления. Иногда манометры снабжают механизмом, записывающим измеряемое давление.

Для измерений давлений ниже атмосферного (разрежений) применяют жидкостные и пружинные приборы, называемые вакуумметрами, прин­ цип действия которых аналогичен манометрам.

2. МЕХАНИЗМЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ПРИМЕНЕНИИ УРАВНЕНИЙ ГИДРОСТАТИКИ

2.1.Домкрат и гидравлический мультипликатор

Вмашиностроении широко используется передача энергии и дав­ ления с помощью различных гидравлических механизмов, в которых применяются одни и те же принципы работы, основанные на практиче­ ской несжимаемости жидкости (высоком модуле упругости) и преобразо­ вании сил по закону Паскаля.

Рассмотрим случай, когда два поршня соединены друг с другом (рис. 2.2). Данный гидравлический мультипликатор применяется для повышения давления в отдельных элементах гидросистемы, например в различных приспособлениях.

17

При этом на поверхность площадью действует давление и возникает сила, которая через шток передается на поверхность площа­ дью . В результате возникает давление , т. е

или

Следовательно, при пе­ редаче давлений их отношение обратно пропорционально от­ ношению площадей поршней.

Задача. На рис. 2.3.

представлена схема главного Рис. 2.2. Гидромультипликатор тормозного цилиндра автомо­

биля в момент торможения. Определить силу F, которую необходимо приложить к педали

тормоза, чтобы давление в рабочих цилиндрах передних колес было =6 МПа. Каким при этом будет давление в рабочих цилиндрах задних колес ? При расчете принять: усилие пружины 1 =100 Н, пружины 2 =

150 Н, D =20 мм, а=60 мм, Ь=180 мм. Силами трения пренебречь.

Решение.

Составим уравнение равновесия для двух левых поршней с пружи­

нами

откуданайдем Определяем усилие действующую на вторую группу поршней

от давления и усилия пружины

Используя уравнение моментов относительно точки оси вращения рычагов, найдем необходимое усилие F.

18

Рис. 2.3. Схема к расчету тормозного ци­ линдра

Задача.

Определить (рис. 2.4) нагрузку на болты крышек А и Б гидравли­ ческого цилиндра диаметром D=160 мм, если к плунжеру диаметром d =120 мм приложена сила F=20 кН.

Рис. 2.4. Схема к расчету эле­

ментов цилиндра

Решение.

Сила на крышку Б: Сила на крышку А: =36000-20000=16кН.

2.2.Гидравлический пресс

Впрактике существуют гидравлические машины, действие кото­ рых основано на применении законов гидромеханики, в частности на за­ коне Паскаля. На рис. 2.5 представлена схема простейшего гидравличе­ ского пресса. С помощью такого устройства можно получить значитель-