Гидравлика. Эксплуатация наземного транспорта и транспортного оборудования Омск Издательство Сибади 2006
 Скачать 2.13 Mb.
|
|
7.2. Последовательное соединение трубопроводов Последовательным соединением называют соединение нескольких трубопроводов различной длины и диаметра, содержащих разные местные сопротивления. Совершенно очевидно, что при подаче жидкости по такому трубопроводу расход во всех последовательно соединенных трубах один и тот же (риса полная потеря напора между сечениями Ми) равна сумме потерь во всех последовательно соединенных трубах. Рис. 7.3. Последовательное соединение трубопроводов То есть имеем следующие основные уравнения ⎩ ⎨ ⎧ + + = + = = ∑ ∑ ∑ ∑ − 3 2 1 N M 3 2 1 h h h h ; Q Q Q Q . (7.9) Эти уравнения определяют правило построения характеристик последовательного соединения трубопроводов. Пусть нам даны характеристики (1, 2, 3) трех трубопроводов (рис. 7.4). Для того, чтобы построить характеристику M–N всего последовательного соединения, мы должны в соответствии с системой уравнений) выполнить сложение потерь напора при одинаковых расходах, те. сложить ординаты всех трех кривых при равных абсциссах. Рис. 7.4. Характеристики трубопроводов Потребный напор для всего трубопровода M–N можно определить из уравнения Бернулли ∑ − + α + γ + = α + γ + N M 2 N N N N 2 M M M M h g 2 v p z g 2 v p z . (7.10) Откуда П g 2 v v p z z p H . (7.11) Так как расход M M N N S v S v Q = = , обозначив через γ + − = N M N p ста, получим m 2 П kQ cQ H H ст + + = , (7.12) где ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ α − α = 2 M M 2 N N S S g 2 Таким образом, в отличие от формулы (7.7) выражение (7.11) содержит разность скоростных напоров в конце ив начале трубопровода. Параллельное соединение трубопровода При параллельном соединении трубопроводов жидкость, подходя к точке их разветвления, течет по ответвлениями далее снова сливается в точке соединения этих трубопроводов. Рассмотрим движение жидкости в параллельно соединенных трубопроводах, лежащих, с целью упрощения задачи, водной плоскости (7.5). Обозначим расход в основной магистрали (те. до разветвления и после слияния) через Q , а в параллельных трубопроводах 1 Q , 2 Q и 3 Q суммарные потери напора в трубопроводах обозначаем ∑ 1 h , ∑ 2 h и ∑ 3 h , а полные напоры в точках M и N соответственно и Запишем следующее очевидное уравнение 3 2 1 Q Q Q Q + + = . (7.13) Затем выразим потери напора в каждом из трубопроводов через полные напоры в точках M и N : ∑ − = N M 1 H H h ; ∑ − = N M 2 H H h ; (7.14) Следовательно, ∑ 1 h = ∑ 2 h = ∑ 3 h , (7.15) то есть потери напора в параллельных трубопроводах равны между собой. Рис. 7.5. Параллельное соединение трубопроводов Эти потери можно выразить через соответствующие расходы в общем виде следующим образом 1 m 1 1 1 Q k h = ∑ ; 2 m 2 2 2 Q k h = ∑ ; (7.16) 3 m 3 3 3 Q k h = ∑ , где коэффициент i k и показатели степени i m ( i = 1, 2, 3) определяются в зависимости от режимов движения жидкости. Следовательно, в дополнение к уравнению (7.13) получаем на основе записанных равенств еще два уравнения 2 1 m 2 2 m 1 1 Q k Q k = ; (7.17) 3 2 m 3 3 m 2 2 Q k Q k = . (7.18) Система уравнений (7.13), (7.17), (7.18) позволяет решать, например, следующую типовую задачу даны расход Q в основной магистрали и все размеры трубопроводов, необходимо определить расходы в параллельных трубопроводах 1 Q , 2 Q и Рис. 7.6. Характеристики трубопроводов Из соотношений (7.13) и (7.15) вытекает следующее важное правило для построения характеристики параллельного соединения нескольких трубопроводов нужно сложить абсциссы (расходы) характеристик этих трубопроводов при одинаковых ординатах ( ∑ h ). Пример такого построения дан на рис. 7.6. 97 8. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЪЕМНОМ ГИДРОПРИВОДЕ Объемным гидроприводом называют совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение исполнительных механизмов машин с помощью рабочей жидкости под давлением. В состав объемного гидропривода входят следующие устройства гидродвигатели, насосы с приводящими двигателями, гидроаппараты, кондиционеры рабочей жидкости, гидроемкости и гидролинии. Каждое из входящих в состав гидропривода устройств выполняет определенные функции. На рис. 8.1 показана функциональная схема объемного гидропривода. Рис. 8.1. Функциональная схема объемного гидропривода Насосы преобразуют механическую энергию приводных (тепловых, электрических и др) двигателей в энергию потока жидкости. Объемные гидродвигатели (гидроцилиндры, гидромоторы и поворотные гидродвигатели) преобразуют энергию потока рабочей жидкости в механическую энергию выходных звеньев (исполнительных механизмов) привода. Гидроаппараты (клапаны, дроссели, распределители) предназначены для управления потоком рабочей жидкости. Под этим понимается изменение или поддержание заданных значений давления или расхода рабочей жидкости, либо изменение направления, пуски остановка потока рабочей жидкости, а также открытие или перекрытие отдельных гидролиний. При помощи гидроаппаратуры осуществляется управление гидроприводом и его защита от перегрузок. Кондиционеры рабочей жидкости обеспечивают поддержание ее необходимых качественных показателей и состояния. К ним относятся фильтры, теплообменники (охладители и нагреватели, влагоотде- лители и пр. Гидроемкости (гидробаки, гидроаккумуляторы) служат для хранения рабочей жидкости, которая используется в процессе работы гидропривода. Гидролинии предназначены для движения рабочей жидкости или передачи давления от одного устройства гидропривода к другому или внутри устройства от одной полости (камеры) к другой. Различают гидролинии всасывающие, напорные, сливные, исполнительные, дренажные, управления и каналы. Конструктивно гидролинии представляют собой трубы, рукава, каналы и соединения. Все гидравлические устройства должны быть оснащены уплотнениями для герметизации соединений. Принцип действия объемного гидропривода основан на практической несжимаемости рабочей жидкости (высоком модуле объемного сжатия рабочей жидкости, использовании закона Паскаля и уравнения Бернулли, учитывающего течение реальной жидкости в гидросистеме. Причем для большинства практических инженерных расчетов в уравнении Бернулли можно пренебрегать геометрическими скоростным напорами ввиду их малости. Для изображения гидроприводов применяют в основном три типа схем структурную, принципиальную и монтажную. Структурная схема определяет основные функциональные части гидропривода машины и указывает на их назначение и взаимодействие. Она разрабатывается на первом этапе проектирования, предшествует разработке схем других типов и используется для общего ознакомления с машиной. Принципиальная схема отражает полный состав элементов гидропривода и связей между ними и даёт детальное представление о принципах работы машины. Элементы и устройства гидропривода на данной схеме изображаются в виде условных графических обозначений, установленных ГОСТами (прил. 1). Требования к выполнению принципиальной гидравлической схемы устанавливает ГОСТ 2.704- 76. Принципиальная гидравлическая схема служит основой для рас- чёта гидропривода, разработки схем соединений, изучения принципа действия машины, а также для её ремонта, наладки и регулировки. Действительное пространственное расположение составных частей гидропривода машины эта схема не учитывает. Схема соединений (монтажная) определяет взаимное расположение и тип соединений элементов гидропривода между собой и обычно изображается на фоне контура конструкции машины. Эта схема выполняется после составления принципиальной гидравлической схемы и выбора стандартного гидрооборудования, после проведения расчёта гидропривода. 8.1. Основные параметры объемного гидропривода Основными параметрами объемного гидропривода являются давление, расход Q (для насосов – подача, полный КПД η, полезная пи потребляемая N мощности. Полный КПД η – отношение полезной к потребляемой мощности насоса, гидродвигателя; коэффициент подачи насоса (объемный КПД) об – отношение подачи насоса к его теоретической подаче коэффициент использования расхода гидромотора об – объемный КПД – величина, выражающая относительную долю объемных потерь гидромеханический КПД гидромашины гм – величина, выражающая относительную долю механических и гидравлических потерь. Для гидродвигателей при относительно малом влиянии сжимаемости рабочей жидкости справедливо соотношение гм об. Для гидроцилиндров при относительно малой доле объемных потерь можно принимать гм η = η Для расчета гидропривода необходимо знать выходные параметры гидродвигателей исполнительного механизма машины величины крутящих моментов и угловых скоростей вращения вала для гидромо- торов и величины усилий на штоках и скоростей перемещения для гидроцилиндров. Давление может быть номинальным ном p , максимальными рабочим. Под номинальным понимается давление, при котором гидрообо- рудование работает длительное время без изменения параметров, указанных в технической характеристике. Под максимальным давлением понимается наибольшее давление, на котором допускается кратковременная работа гидропривода. На максимальное давление настраивается предохранительный клапанном Рабочее давление – текущее фактическое давление, которое будет в гидросистеме при преодолении какого-либо сопротивления. Согласно ГОСТ 12445 – 80 номинальное давление принимается равным 2,5; 6,3; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 50 МПа и др. 8.2. Рабочая жидкость В гидроприводе жидкость выполняет функции рабочего тела, поэтому ее называют рабочей жидкостью. С помощью рабочей жидкости энергия передается от источника (насоса) к исполнительным гид- родвигателям. Кроме того, рабочая жидкость является смазочным материалом для многочисленных пар трения, охлаждающим агентом пар трения, средой, удаляющей из пар трения продукты изнашивания и обеспечивающей при длительной эксплуатации защиту деталей от коррозии. Поэтому одной из функций жидкости является снижение трения и устранение износа элементов гидросистемы, изготовленных из различных конструкционных материалов. Не менее важной функцией, выполняемой рабочей жидкостью в гидросистеме, является отвод тепла от различных участков системы. Нагрев элементов гидропривода вызывается трением подвижных частей в гидромашинах и гидроаппаратах, потерями энергии натре- ние и вихреобразование при течении жидкости в трубопроводах, распределителях, дросселях и других элементах гидропривода. Для обеспечения защиты деталей элементов гидросистемы от коррозии при длительной эксплуатации машины рабочая жидкость не должна содержать воду, для чего в некоторые жидкости вводятся специальные присадки – ингибиторы коррозии. Исходя из основных функций, выполняемых рабочей жидкостью в гидроприводе, формулируются и требования к ней. Рабочая жидкость должна обладать хорошей смазывающей способностью, быть стабильной в процессе хранения и эксплуатации, иметь необходимые вязкостные свойства, быть совместимой с материалами гидросистемы, обеспечивать хороший теплоотвод, иметь высокий индекс вязкости (ИВ, высокий модуль объемной упругости и низкое давление насыщенных паров, минимальную вспениваемость и высокую стойкость к образованию водных эмульсий, предотвращать образование ржавчины. При выборе рабочей жидкости следует учитывать ее вязкость, температуру и давление, при которых будет эксплуатироваться гидросистема. Температура застывания рабочей жидкости должна быть на 15…20 о С ниже наименьшей температуры окружающей среды. Максимальная температура рабочей жидкости в гидросистеме не должна превышать 70…80 о С. Единой системы классификации и обозначения рабочих жидкостей не существует. Распространено обозначение рабочих жидкостей по области применения. Чаще их называют маслами гидравлическими, вводя в обозначение буквы МГ с дополнительным уточнением назначения для гидросистем общепромышленного назначения – масла индустриальные гидравлические – ИГ, для авиационной техники- АМГ, для мобильных машин – МГЕ, ВМГЗ /3, 13/. Для гидроприводов строительных и дорожных машин рекомендуются к применению два сорта рабочей жидкости – ВМГЗ, МГ и МГ-30у /3/. Масло ВМГЗ – основной зимний сорт для гидросистем строительных и дорожных машин допускает работу при температуре окружающей среды от – 40 до + 50 о С; рабочая температура до + 90 о С /3, 13/. В связи с интенсивным использованием строительных и дорожных машин масло, как правило, заменяют каждый сезон (летом заправляют маслом МГ. 102 8.3. Насосы Насос – это гидромашина для создания потока рабочей жидкости путем преобразования механической энергии в энергию движущейся жидкости. В объемных насосах жидкость перемещается за счет периодического изменения объема занимаемой ею рабочей камерой, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса. В каждом объемном насосе вытеснитель – орган насоса, осуществляющий всасывание жидкости в насос и ее вытеснение из рабочей камеры (ограниченного пространства, попеременно сообщающегося со входом и выходом насоса. По характеру движения вытеснителя насосы делятся наследующие виды возвратно-поступательные, роторные, крыльчатые. В гидроприводах мобильных машин наибольшее применение нашли роторные насосы. Наименование различных конструктивных типов насосов связано с видом вытеснителя. По конструктивным признакам роторные насосы подразделяются наследующие типы шестеренные, пластинчатые (шиберные, поршневые (радиально-поршневые и аксиально-поршневые). Основными параметрами насоса являются рабочий объем н , давление ном p , частота вращения вала н, подача н, мощность н, полный КПД Рабочий объем насоса – это подача (количество рабочей жидкости, проходящей через гидромашину) за один оборот вала. Частотой вращения называют величину, равную числу полных оборотов за единицу времени. Единица измерения частоты вращения в СИ с, временно допускается применение единицы измерения частоты вращения, выраженной в об/с и об/мин. Теоретическая подача рабочей жидкости насоса определяется выражением н н н q Q = , (8.1) где н – подачам с н – рабочий объем, м 3 (м 3 /об); н – частота вращения вала с (об/с). Полезная мощность насоса определяется выражением н н нп Q p N ∆ = , (8.2) где нп N – полезная мощность насоса, Вт н – перепад давления на насосе, Па, вх вых н p p − = ∆ , здесь вых p – давление на выходе из насоса, вх p – давление на входе в насос н – подачам с. При предварительных расчетах обычно принимается ном Мощность, потребляемая насосом (мощность насоса, определяется по формуле н н н, (8.3) где н – крутящий момент навалу насоса, Нм н – угловая скорость вращения вала насоса, н н Потери мощности в насосе оцениваются КПД об гм об гм н нп M N η η = η η η = = η , (8.4) где η – полный КПД насосам механический КПД г – гидравлический КПД об – объемный КПД (коэффициент подачи гм – гидромеханический КПД, гм гм η η = η Насос выбирается по величине рабочего объема н , давлению ном p , значение которого обусловлено назначением гидропривода . 8.3.1. Шестеренные насосы Шестеренные насосы получили наибольшее применение в гидроприводах мобильных машин, работающих при давлении до 15…20 МПа. Наибольшее распространение получили односекционные шестеренные насосы с прямозубыми колесами внешнего зацепления. Работают эти насосы при высокой частоте вращения вала, поэтому их можно соединять непосредственно с валами приводящих двигателей. Применяют в основном шестеренные насосы типа НШ: НШ 10, НШ 32, НШ 50 и т.д., где цифры, стоящие рядом с буквами, указывают рабочий объем в см 3 Общий вид насоса НШ 32 представлен на рис. 8.2 . Рис. 8.2. Общий вид насоса НШ 32 Общий вид насоса НШ 71 (НШ100) представлен на рис. 8.3. Рис. 8.3. Общий вид насоса НШ 71 (НШ100) 8.3.2. Аксиально-поршневые насосы В аксиальных роторно-поршневых гидромашинах при вращении вала поршня (вытеснители) совершают возвратно-поступательное движение в осевом направлении параллельно (аксиально) оси ротора блока цилиндров. Согласно схеме передачи движения к вытеснителям, различают аксиально роторно-поршневые гидромашины с наклонным диском, у которых оси ведущего звена и вращения ротора совпадают, и сна- клонным блоком, у которых оси ведущего звена и вращения ротора расположены под углом. На мобильных машинах наиболее широко применяют аксиально- поршневые нерегулируемые и регулируемые гидромашины с наклонным блоком цилиндров. Аксиально-поршневые гидромашины стали одними из самых применяемых в гидроприводах мобильных машин и стационарном оборудовании благодаря следующим преимуществам более высокому полному КПД (0,85...0,94) по сравнению с КПД шестеренных и пластинчатых гидромашин; работоспособности при высоком давлении в пределах 20...32 МПа (до 40...50 МПа возможности регулировать рабочий объем за счет наклона диска или блока цилиндров широкому диапазону рабочих объемов от 0,5 см 3 /об до 30 дм 3 /об; длительным срокам службы до 10000...12000 ч низкому уровню шума достаточно высоким удельным показателями др. В основу серийно выпускаемых гидромашин, отличающихся габаритными размерами, положена унифицированная конструкция качающего узла. Для гидроприводов мобильных машин производятся аксиально- поршневые нерегулируемые (типа 210 и 310) и регулируемые (типа 207, 224, 303, 321 и 333) насосы и гидромоторы. Основой каждого типоразмера гидромашин является унифицированная конструкция качающего узла, на базе которого созданы различные исполнения. Общий вид гидромашины типа 210… представлен на рис. 8.4. Аксиально-поршневые регулируемые насосы типа 207 изготовляются трех типоразмеров, отличающихся диаметром поршня унифицированного качающего узла. Регулирование величины и направления потока жидкости происходит за счет изменения угла наклона поворотного корпуса. Подача регулируемого насоса может плавно изменяться при изменении угла наклона поворотного корпуса от 0 до ± 25 о Сдвоенные аксиально-поршневые регулируемые насосы типа 223 состоят из двух унифицированных качающих узлов насоса типа 207, установленных параллельно в общем корпусе. Сдвоенные насосы обычно используют в том случае, когда необходимо обеспечить работу двухпоточной гидросистемы. |