книги / Элементы гидравлических систем и объёмного гидропривода

Вследствие высокой токсичности этиленгликоля создан класс водно-глицериновых жидкостей.

Водосодержащие жидкости обладают удовлетворительными вязкостно-температурными, смазывающими и антикоррозионными свойствами. Они совместимы с материалами уплотнений, имеют высокий модуль упругости и обладают большой теплоемкостью. Основной их недостаток – электропроводность.

В отечественной практике водно-гликолевые жидкости выпускают только для систем охлаждения.

Антифриз – жидкость, не замерзающая при низких температурах. Применяется в системах, работающих при низких температурах,

атакже для охлаждения автомобильных двигателей.

Кантифризам предъявляются следующие требования: 1) высокая теплоемкость и теплопроводность; 2) низкая температура замерзания; 3) высокая температура кипения;

4) высокая температура воспламенения;

5) малая вязкость, особенно при низких температурах;

6) малая вспениваемость;

7) низкая коррозионная активность;

8) инертность к резинотехническим изделиям.

В качестве антифризов используются смеси этиленгликоля, пропиленгликоля, глицерина, неорганических солей и других веществ с водой. Современные антифризы содержат антикоррозийные и флуоресцентные присадки. В них присутствуют красители, придающие антифиризу определенный цвет. Из них исключен фенол, который наносит непоправимый вред организму человека.

По виду антикоррозийных присадок различают силикатный и карбоксилатный антифриз. Силикатный антифриз, защищая систему охлаждения от коррозии, в процессе эксплуатации покрывает всю внутреннюю ее поверхность тонким слоем накипи, что ухудшает теплообмен и снижает эффективность охлаждения.

Созданные в последние годы антифризы серии Cool Stream лучше решают проблему защиты от коррозии большинства металлов

61

системы охлаждения. Основой композиций присадок являются ингибиторы коррозии на основе органических кислот – экологически безопасные соли моно- и дикарбоновых кислот (карбоксилатная технология). Такие антифризы содержат в своем составе также ингибитор коррозии меди, антипенную присадку и краситель. В них отсутствуют силикаты, нитриты, нитраты, фосфаты, бораты и амины.

Отличие в работе ингибиторов нового поколения по сравнению с традиционными ингибиторами состоит в том, что они образуют значительно более тонкую защитную пленку толщиной не более 0,1 мкм на поверхностях материалов системы охлаждения, обеспе-

чивая эффективный теплообмен между двигателем и системой охлаждения. Расходование ингибиторов происходит только в случае возникновения очагов коррозии. Охлаждающие жидкости нового поколения выдерживают сроки эксплуатации до 5 лет с повышенной эффективностью защиты всех материалов системы охлаждения.

Тосол (ГОСТ 28084–89) предназначен для охлаждения двигателя машины в любое время года при разных температурах окружающей среды. Благодаря уникальному свойству этиленгликоля, входящему в состав тосола в смешении с водой, антифриз не замерзает при пониженных температурах (до −65 °C) . Присадки, которые вклю-

чены в тосол, помогают предохранить систему охлаждения автомобиля от коррозии и придают охлаждающей жидкости необходимые эксплуатационные свойства. Присадки регламентируют вспениваемость, воздействие на резину, щелочность и другие параметры. Цвет тосола меняется в зависимости от красителей, добавленных компанией, производящей тосол. Так, тосол может представлять собой жидкость голубого (Тосол-40), красного (Тосол-65) или сине-зелено- го цвета. Выбранный отечественным или зарубежным изготовителем цвет не отражается на качестве охлаждающей жидкости.

Требования к антифризам зарубежного производства определяются стандартами ASTM (Американская ассоциация по испытанию материалов) и SAE. Эти стандарты регламентируют свойства концентратов и антифризов исходя из их основы и условий эксплуатации.

62

Из зарубежных аналогов водосодержащих жидкостей следует выделить также Hydroterm 46M, изготавливаемый на водногликолевой основе с объемным содержанием воды 45 %, что позво-

ляет обеспечивать пожаробезопасность с образованием парового облака над пламенем и локализацией очага возгорания. Присадки обеспечивают работу жидкости при давлениях до 35 МПа с высокой

износостойкостью, а повышенная теплопроводность приводит к увеличению срока службы за счет снижения температуры в гидросистеме. Hydroterm не раздражает кожный покров и глаза человека при непосредственном контакте, не имеет запаха, а также обладает хорошим биологическим разложением.

Водно-глицериновые жидкости ПГВ (ТУ 6-02-762–78) применяются для мобильных объектов и судовых гидроприводов, работающих при температурах −30...70 °C. Промгидрол (ТУ 6-02-1140–78) марок

П20, П20М1, П20М2 используется в гидросистемах промышленного назначения, эксплуатируемых в условиях возможной пожарной опасности.

Фторорганические жидкости имеют расширенный диапазон эксплуатационных свойств при давлении до 30 МПа и температуре от

−70 до 250 °C. Они обладают полной негорючестью, исключитель-

ной химической инертностью и термической стойкостью, имеют хорошие противоизносные и смазывающие свойства, но стоят дорого. Их применяют при возможном соприкосновении гидравлических механизмов с такими соединениями, как дымящаяся азотная кислота или перекись водорода, для смазки кислородных компрессоров и химических насосов.

Фторорганические соединения имеют высокую плотность, дорогостоящие и применяются только в тех случаях, когда другие рабочие жидкости неприменимы.

Известны следующие жидкости данного типа: ФНГЖ-1, с диапазоном эксплуатации по температуре −30...80 °C; фторхлоругле-

родные, с хорошими противоизносными и смазывающими свойства-

63

ми марок 11Ф, 12Ф, 13Ф, 4Ф, УФ, N8 и полностью фторированные марок М1, Б1 и УПИ [12].

Эмульсии приготавливаются из базовых масел на нефтяной основе и смягченной воды. Различают негорючие эмульсии «масло в воде» и «вода в масле».

Эмульсии «масло в воде» представляют собой мелкодисперсные смеси воды и 2...3 % эмульсола, в состав которого входят минераль-

ное масло с добавкой 12...14 % олеиновой кислоты и 2,5 % едкого

натра. К недостаткам таких эмульсий относят малую вязкость, низкие смазывающие свойства, высокую активность и ограниченный температурный диапазон.

Лучшие свойства имеют эмульсии «вода в масле», в которой в среде масла диспергировано около 40 % водного состава с присад-

ками, обеспечивающими стойкость эмульсии (эмульгаторы). Такие обводненные масла обеспечивают негорючесть. Они незначительно уступают при невысоких давлениях минеральным маслам по коррозионной стойкости и смазочным свойствам. Однако с ростом давления эти свойства ухудшаются.

Жидкость ОЭРЖ-М (ТУ 38.1011313–90) содержит нефтяное масло, воду, стабилизатор и многофункциональную присадку и предназначена для использования в гидросистемах проходческих комбайнов, бурильных установок, погрузочных и других горных машин, работающих в угольных и сланцевых шахтах, при температуре от 5 до 65 °C и давлении до 32 МПа.

Эмульсии используются в качестве рабочих жидкостей в гидроприводах кузнечно-прессовых, литейных и горных машин. Они могут быть применены там, где существуют проблемы пожаробезопасности: в горнорудной и сталелитейной промышленности, в автомобилестроении, на металлообрабатывающих и деревообрабатывающих предприятиях.

Растительные масла обладают удовлетворительными эксплуатационными свойствами. Вязкость растительных масел менее зависима от температуры, чем вязкость минеральных масел. Свойст-

64

2. ГИДРОАППАРАТЫ УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕМНЫМ ПРИВОДОМ

Гидравлические приводы и системы, эксплуатируемые в промышленности в настоящее время, комплектуются гидроаппаратами отечественного и импортного производства, которые обладают рядом преимуществ, способствующих их широкому применению в составе гидроприводов. К ним относятся:

•возможность получения больших мощностей, усилий или скоростей на выходе гидроаппарата при малых габаритах и массе;

•быстрое изменение направления движения (реверс) подвижного элемента вне зависимости от числа переключений и характера движения (поступательное или вращательное);

•возможность изменения скорости перемещения подвижных частей гидроаппарата при его работе;

•малая инерционность подвижных частей гидроаппарата по сравнению с другими устройствами, аналогичными по назначению

имощности;

•большой срок эксплуатации и высокая надежность, обусловленные в значительной мере наличием самосмазываемости деталей

иузлов гидроаппарата рабочей жидкостью и простотой устройств, предохраняющих гидросистему и ее элементы от перегрузок;

•простота конструкций и удобство в эксплуатации;

•возможность унификации и стандартизации гидроаппаратов. Вместе с тем элементам автоматики свойственны некоторые не-

достатки, ограничивающие их применение:

•зависимость параметров течения рабочей жидкости от изменения температуры;

•наличие гидравлических потерь при движении рабочей жидкости по гидролиниям и в полостях гидроаппаратов;

•утечки и перетечки рабочей жидкости из полостей высокого давления;

•образование воздушных полостей вследствие выделения воздуха и газов из рабочей жидкости;

66

• облитерационные явления в малых зазорах при постоянном перепаде давления.

Исходя из отмеченных преимуществ и недостатков, можно сформулировать следующие требования к гидроаппаратам:

1)выбор и получение заданной статической характеристики, связывающей перепад давления в гидроаппарате и расход;

2)обеспечение гидроаппаратом приемлемых динамических свойств;

3)достаточно удовлетворительная работоспособность в необходимом диапазоне температур;

4)малая чувствительность характеристик к влиянию кавитации;

5)обеспечение малых габаритных размеров и массы;

6)предотвращение или смягчение гидроударов в системе. Гидравлические аппараты имеют в своем составе два основных

функциональных элемента: запорно-регулирующий (ЗРЭ) и распре- делительно-коллекторный (РКЭ). Запорно-регулирующий элемент 1 (рис. 2) конструктивно выполняется в виде крана, клапана или золотника. Распределительно-коллекторный элемент 2 в большинстве случаев – неподвижная деталь, представляющая собой часть корпуса гидроаппарата, седло или втулку, и образующая с ЗРЭ переменное рабочее проходное сечение. Управление потоком рабочей жидкости в гидроаппаратах обеспечивается изменением положения запорнорегулирующего элемента относительно распределительно-коллек- торного элемента.

Рис. 2. Конструктивные схемы запорно-регулирующих элементов: а – кран; б – клапан; в – золотник

67

Гидравлические аппараты согласно стандарту [6, 22] классифицируют по конструкции ЗРЭ, по характеру открытия рабочего проходного сечения, по принципу действия и по способу внешнего воздействия на ЗРЭ (рис. 3).

Рис. 3. Классификация гидравлических аппаратов

По конструкции ЗРЭ различают:

•крановые гидроаппараты с цилиндрическим, коническим, плоским или сферическим краном;

•клапанные гидроаппараты с шариковым, коническим, тарельчатым или игольчатым клапаном;

•золотниковые гидроаппараты с цилиндрическим или плоским золотником.

Характер открытия рабочего проходного сечения определяет функциональное назначение гидроаппарата. В направляющем гидроаппарате изменение направления или остановка потока рабочей жид-

68

кости происходит путем полного открытия или перекрытия проходного сечения. В регулирующем гидроаппарате изменение параметров потока обеспечивается за счет частичного изменения площади проходного сечения.

В гидроаппаратах клапанного действия перемещение ЗРЭ происходит автоматически под воздействием на него потока рабочей жидкости, в гидроаппаратах неклапанного действия – за счет внешнего механического или мускульного управления.

Если размеры рабочего проходного сечения или положение ЗРЭ могут быть изменены в результате внешнего управляющего воздействия при работе гидросистемы, то гидроаппарат называют регулируемым, при выключенной гидросистеме – настраиваемым.

Гидроаппараты в гидравлических схемах изображаются [22] условно в нормальном или нейтральном положении (исходная или нулевая позиция). Обозначения отражают назначение, принцип действия и гидравлические соединения, но не показывают фактическую конструкцию устройства. Размеры условных обозначений стандарт не устанавливает.

Базовое обозначение одной позиции гидроаппарата – предпочтительно квадрат и прямоугольник. Несколько примыкающих друг к другу квадратов (прямоугольников) показывают наличие такого же количества позиций. Переходные позиции могут быть обозначены прерывистыми линиями между смежными рабочими позициями, изображенными сплошными линиями. Аппараты с бесконечным множеством промежуточных позиций изображают двумя параллельными линиями вдоль длины обозначения.

Гидролинии изображают линиями со стрелками, показывающими направления потоков рабочей жидкости в каждой позиции. В зависимости от количества внешних линий различают аппараты двух-, трех-, четырех- и многолинейные. Места гидравлических соединений выделяют точками, а закрытую гидролинию в конечном сечении показывают полочкой. Внешние линии изображают через равные интервалы или посередине квадрата (прямоугольника), если имеет место только одна внешняя линия с каждой стороны.

69

При воображаемом перемещении квадрата (прямоугольника) внешние линии, оставаясь неподвижными, должны совпадать с линиями потока в каждой позиции.

Примеры и соотношение размеров условных обозначений приведены на рис. 4.

P T

Рис. 4. Принятые размеры условных обозначений

Обозначения отверстий гидроаппаратов соответствуют ГОСТ 24242–97 (ISO 9461–92) «Гидроприводы объемные. Обозначения буквенные отверстий гидроустройств монтажных плит, устройств управления и электромагнитов» [23] и выполняются с помощью прописных букв: P – отверстие для входа рабочей жидкости в гидроустройство от источника давления; T – сливное отверстие; A, B – отверстия для основного потока гидроустройств, отверстия присоединения гидроаппарата к потребителю; X , Y , Z – отверстия

для гидролиний управления; V – отверстие для гидролинии внешнего управления, действие которого осуществляется путем сообщения с более низким давлением; C – отверстие проточного канала многозолотникового гидрораспределителя; L – дренажное отверстие; M –

70