Обґрунтування енергозбережного температурного режиму гідрофікованих будівельних машин

Дослідженнями встановлено, що раціональне, за критерієм найбільшої корисної потужності, значення температури (в'язкості) робочої рідини залежить від технічного стану насоса. Найбільшу корисну потужність досягнуто оптимізацією співвідношення між втратами тиску, внутрішніми витоками в складових гідропривода і витратами потужності системи охолодження на забезпечення раціональної температури робочої рідини. Застосування раціонального температурного режиму доцільне та є невикористаним резервом енергозбереження і підвищення ефективності експлуатації гідроприводів мобільних машин.

Ключові слова: будівельна машина, гідропривід, енергозбереження, корисна потужність, раціональний температурний режим.

И.Г. Пимонов, к.т.н., доцент Г.Г. Пимонов, к.т.н., доцент Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

Ключевые слова: строительная машина, гидропривод, энергосбережение, полезная мощность, рациональный температурный режим.

I.G. Pimonov, PhD, Associate Professor G. G. Pimonov, PhD, Associate Professor Kharkov National Automobile and Highway University

The research proved that rational (by the criterion of useful maximum power) value of temperature (viscosity) of the working liquid depends on technical condition of the pump. The biggest useful power can be achieved by optimization of the ratio of pressure losses and internal leakage in hydraulic drive components to the power consumption of the cooling system in order to provide rational temperature of the working liquid. Using rational temperature mode is a reasonable and unused reserve of energy saving and increasing efficiency of running hydraulic drives of mobile machines.

Постановка проблеми в загальному вигляді та її зв'язок із важливими науковими чи практичними завданнями

Корисна потужність гідроприводу визначається

де - теоретична потужність насоса;

^_ втрати потужності внаслідок внутрішніх перетоків у насосі;Размещено на http://www.allbest.ru/

- гідромеханічні втрати потужності в насосі;

- втрати потужності в магістралях і агрегатах гідропривода пРазмещено на http://www.allbest.ru/

о колу «насос - бак - насос»;

^_ витрати потужності на забезпечення раціональної температури РР (на привод системи охолодженняРазмещено на http://www.allbest.ru/

).

Теоретична потужність насоса визначається як потужність, еквівалентна при номінальному перепаді тиску в насосі р продуктивності насоса [1]:

де п - частота обертання вала насоса; p - номінальний робочий тиск, створений насосом;

- теоретична подача насоса.

Втрати потужності внаслідоРазмещено на http://www.allbest.ru/

к внутрішніх перетоків у насосі

де - внутрішні витоки в насосі;

- в'язкість робочої рідини залРазмещено на http://www.allbest.ru/

ежно від температури;

- параметри, що характеризують зазори в насосі;Размещено на http://www.allbest.ru/

- діаметр поршня насоса;

- кількість поршнів у насосі, що подають робочу рідину;

Размещено на http://www.allbest.ru/

- зазор між гільзою і поршнем;

Размещено на http://www.allbest.ru/

- об'ємна вага;

- довжина ущільнювальної чРазмещено на http://www.allbest.ru/

астини поршня насоса;

- зовнішній і внутрішній радіуси віконець розподільника насоса;

- середня швидкість поршнів насоса;

Размещено на http://www.allbest.ru/

А - коефіцієнт співвідношення поршневих зазорів і зазорів у розподільнику насоса.

Залежність в'язкості робочої рідини (МГЄ - 46В) від температури визначається (Ст)

де - безрозмірні коефіцієнти залежності;

Т - температура робочої рідини, °К.

Гідромеханічні втрати потужності в насосі, при припущенні, що вони визначаються втратами тиску в його каналах, дорівнюють

де - продуктивність насоса залежно від температури РР і

його технічного стану;

- гідромеханічний ККД;Размещено на http://www.allbest.ru/

^_ співвідносно вязкості РР при температуріРазмещено на http://www.allbest.ru/

Т і номінальній температурі;

~ співвідносно продуктивності насоса при номінальній температурі та при температурі Т робочої рідини; п, т - показники ступеня, значення яких залежить від режиму течії в каналах насоса.

Нехтуючи внутрішніми витоками в розподільнику і гідроциліндрі й розбивши гідропривід на к ділянок, втрати потужності в магістралях і агрегатах гідропривода по колу «насос - бак - насос» можна визначити

де - втрати тиску в кожній з к ділянок залежно від температури РР і технічного стану насоса.

Загальні втрати тиску в магістралях гідропривода визначалися як підсумок втрат тиску на окремих ділянках руху РР, включаючи: металеві трубопроводи, рукава високого тиску (РВТ), місцеві опори при поворотах трубопроводів, при переходах з металевого трубопроводу до РВТ, при входах у гідророзподільник, гідроциліндр, фільтр, маслоохолоджувач та в самих перелічених гідроагрегатах.

Усього було розглянуто 32 ділянки. При визначенні втрат тиску на окремих ділянках використовувалися залежності, наведені в роботах [1,2, 3].

Витрати потужності на забезпечення раціональної температури РР приблизно можна визначити за залежністю

де - надлишкова теплова потужність, що акумульована в

гідроприводі й викликає підвищення температури РР понад раціональне значення;

- середня, розсіяна кіловатом привода вентилятора системи охолодження теплова потужність, акумульована в РР [5];

Размещено на http://www.allbest.ru/

- приведена маса гідропривода; Размещено на http://www.allbest.ru/

- приведена теплоємність гідропривода;

- температура РР і її раціональне значення.

де - маса основного і допоміжного гідрообладнання, гідравлічної апаратури, кондиціонерів і робочої рідини [3].

Середня питома теплоємність с_га матеріалів гідрообладнання і робочої рідини визначається за формулою [3] (9)

де - теплоємність робочої рідини;

- середня питома теплоємність матеріалів гідрообладнання (сталі);

Размещено на http://www.allbest.ru/

- маса рідини;

- маса гідрообладнання.

ТеорРазмещено на http://www.allbest.ru/

етичні дослідження на основі залежності (1) зв'язку потужності з температурою (в'язкістю) РР для насосів з різним технічним станом дозволили визначити, що найбільшу корисну потужність насоси з об'ємним ККД г|=0,96..0,9 дають при в'язкості, що відповідає температурі РР близько 40...50°С. З погіршенням технічного стану насоса і до досягнення межі допустимого зменшення об'ємного ККД за економічним критерієм до т|=0,7 найбільшу потужність насоси дають при температурі робочої рідини 35...42°С.

У середньому кожний кіловат привода маслоохолоджувача відбирає від РР 5...10 кВт теплової енергії [1, 4]. Тому забезпечення раціональної температури РР у діапазоні об'ємних ККД до збільшує необхідну потужність привода вентилятора на ЗО - 50%, тобто на 1,5...2 кВт. При цьому корисна потужність насоса збільшується на 5...9 кВт.

При подальшому погіршенні технічного стану насоса і наближення його стану до межі роботоздатності, що відповідає об'ємному ККД раціональна температура наближається до 30...20°С, забезпечення якої викликає підвищення витрати потужності в системі мослоожолодження і може бути недоцільною. Але і в цьому випадку зменшення температури РР дає підвищення корисної потужності насоса.

Висновки з даного дослідження і перспективи подальших розвідок у цьому напрямі