Гидравлическое оборудование путевых и строительных машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гидравлическое оборудование путевых и строительных машин

ВВЕДЕНИЕ

Целью дипломного проекта является создание электронной базы знаний по разделу «Гидравлическое оборудование путевых и строительных машин».

В соответствии с темой дипломного проекта: «Создание электронной базы знаний по разделу «Гидравлическое оборудование путевых и строительных машин» необходимо поставить следующие задачи: облегчение учебного процесса, применение инновационных технологий в учебном процессе и улучшение качества преподавания дисциплины «Гидравлическое и пневматическое оборудование путевых и строительных машин»

При создании дипломного проекта следует поставить следующую задачу: создание электронной базы знаний. Для того, чтобы подготовить электронный учебник необходимо проработать огромное количество литературы по данной теме, методических пособий, методических указаний, будут использоваться интернет-сайты и т.д.

1. ОБЗОР СРЕДСТВ СОЗДАНИЯ ОБУЧАЮЩИХ ПРОГРАММ И ФОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К УЧЕБНИКУ

1.1 Общие сведения об электронных учебниках

Обычно электронный учебник представляет собой комплект обучающих, контролирующих, моделирующих и других программ, размещаемых на магнитных носителях (твердом или гибком дисках) ПЭВМ, в которых отражено основное научное содержание учебной дисциплины. Электронный учебник часто дополняет обычный, а особенно эффективен в тех случаях, когда он: обеспечивает практически мгновенную обратную связь; помогает быстро найти необходимую информацию (в том числе контекстный поиск), поиск которой в обычном учебнике затруднен; существенно экономит время при многократных обращениях к гипертекстовым объяснениям; наряду с кратким текстом - показывает, рассказывает, моделирует и т.д. (именно здесь проявляются возможности и преимущества мультимедиа-технологий) позволяет быстро, но в темпе наиболее подходящем для конкретного индивидуума, проверить знания по определенному разделу.

К недостаткам электронного учебника можно отнести не совсем хорошую физиологичность дисплея как средства восприятия информации (восприятие с экрана текстовой информации гораздо менее удобно и эффективно, чем чтение книги) и более высокую стоимость по сравнению с книгой.

1.2 Требования к электронным учебникам

1.2.1 Требования к системе «электронного учебника»

В основу положим следующие принципы для среды электронных учебников.

Для эффективного функционирования человека в электронной системе обучения вне зависимости от задачи, решаемой исследователем, особое значение приобретают методы визуализации исходных данных, промежуточных результатов обработки, обеспечивающих единую форму представления текущей и конечной информации в виде отображений, адекватных зрительному восприятию человека и удобных для однозначного толкования полученных результатов. Важным требованием интерфейса является его интуитивность. Следует заметить, что управляющие элементы интерфейса должны быть удобными и заметными, вместе с тем они не должны отвлекать от основного содержания, за исключением случаев, когда управляющие элементы сами являются основным содержанием.

1.2.3 Требования к системе проектирования «электронного учебника»

Лёгкость в освоении и использовании данной среды для генерации электронных учебников достигается за счёт применения визуальных технологий и возможностью использования специалистом-предметником любых текстовых и графических редакторов для написания содержимого электронного учебника. Для удобства работы среда по генерации электронных учебников допускает разработку проекта по отдельным частям, что позволяет организовать работу над учебником нескольких специалистов-предметников.

1.2.4 Принципы создания электронных учебников

Следует особо выделить основополагающие дидактические принципы, которыми следует руководствоваться при создании электронных учебников для организации учебной деятельности на основе современных информационных и телекоммуникационных технологий обучения.

1. Принцип квантования: разбиение материала на разделы, состоящие из образовательных модулей, минимальных по объему, но замкнутых и интегрированных по содержанию.

2. Принцип полноты: каждый тематический модуль должен иметь следующие дидактические компоненты: теоретическое ядро; контрольные вопросы по теории; примеры; задачи и упражнения для самостоятельного решения; контрольные вопросы по всему модулю с ответами; контрольную работу; контекстную справку (Help); исторический комментарий.

3 Принцип наглядности: каждый модуль должен состоять из коллекции кадров с минимумом текста и визуализацией, облегчающей понимание и запоминание новых понятий, утверждений и методов.

4. Принцип ветвления: каждый модуль должен быть связан гипертекстными ссылками, чтобы у пользователя была возможность перехода в любой другой раздел или литературный источник; принцип ветвления не исключает, а даже предполагает наличие рекомендуемых переходов, реализующих последовательное изучение предмета.

5. Принцип регулирования: учащийся самостоятельно управляет сменой презентационных слайдов, имеет возможность вызвать на экран любое количество примеров (понятие «пример» имеет широкий смысл: это и примеры, иллюстрирующие изучаемые понятия и утверждения, и примеры решения конкретных профессиональных задач).

6. Принцип адаптивности: электронный учебник должен допускать адаптацию к нуждам конкретного пользователя в процессе учебы, позволять варьировать глубину и сложность изучаемого материала и его прикладную направленность в зависимости от будущей профессии, применительно к нуждам пользователя генерировать дополнительный иллюстративный материал, предоставлять графические и геометрические интерпретации изучаемых понятий.

7. Принцип компьютерной поддержки: в любой момент работы субъект образования может получить компьютерную поддержку, освобождающую его от рутинной работы и позволяющую сосредоточиться на сути изучаемого в данный момент материала, рассмотреть большее количество примеров и решить больше задач; при этом компьютер не только выполняет громоздкие преобразования, разнообразные вычисления и графические построения, но и совершает математические операции любого уровня сложности.

8. Принцип собираемости: электронный учебник и другие дидактические образовательные пакеты должны быть интегрированы в форматах, позволяющих компоновать их в единые электронные комплексы, расширять и дополнять их новыми разделами и темами, а также формировать электронные библиотеки по отдельным дисциплинам.

1.3 Классификация средств создания электронных учебников

Средства создания электронных учебников можно разделить на группы, например, используя комплексный критерий, включающий такие показатели, как назначение и выполняемые функции, требования к техническому обеспечению, особенности применения. В соответствии с указанным критерием возможна следующая классификация:

ѕ традиционные алгоритмические языки;

ѕ инструментальные средства общего назначения;

ѕ средства мультимедиа;

ѕ гипертекстовые и гипермедиа средства;

Ниже приводятся особенности и краткий обзор каждой из выделенных групп. В качестве технической базы в дальнейшем имеется в виду IBM совместимые компьютеры, как наиболее распространенные в нашей стране и имеющиеся в распоряжении школы.

2. HTML

2.1 Общие сведения о HTML

Язык разметки гипертекста (HyperText Markup Language - HTML) формулируется в терминах языка стандартной обобщенной разметки (Standard Generalized Markup Language - SGML). Язык SGML представляет собой метод создания структурированных документов, а также языков для их разметки.

Язык разметки гипертекста можно использовать для представления:

ѕ гипертекстовых новостей, почты, сопровождающей информации и сопутствующей гиперсреды,

ѕ меню с опциями,

ѕ результатов запросов к базам данных,

ѕ простых структурированных документов со встроенной графикой,

ѕ гипертекстовых обзоров имеющейся информации.

Программа World Wide Web (W3) инициирует каналы передачи связной информации по всему земному шару. Язык HTML предоставляет простой формат для предоставления этой информации. Требуется, чтобы все программы, совместимые с W3, могли поддерживать язык HTML. Программа W3 использует протокол Internet (протокол передачи гипертекста - HTTP), который позволяет передавать кодированную информацию между клиентом и сервером, при этом результат возвращается через расширенное MIME сообщение. Поэтому язык HTML является лишь одним, но довольно важным, из описаний, используемых в программе W3.

В языке SGML каждый документ имеет три части:

1. Декларации языка SGML, привязывающие к определенным значениям параметры обработки, а также имена синтаксиса. Например, декларация SGML в описании типа документа HTML объявляет, что строка, с которой начинается метка, - это </, а максимальная длина имени составляет 40 символов.

2. Пролог, состоящий из одной или нескольких деклараций о типе документа. Они определяют типы элементов, взаимосвязи между элементами и их атрибуты, а также условные обозначения, которые могут быть задействованы при разметке. Декларация HTML DTD, например, указывает, что элемент HEAD содержит, по крайней мере, один элемент TITLE.

3. Данные, которые состоят из разметки документа и собственно информации.

4. Мы используем термин HTML для обозначения, как типа документа, так и языка разметки для кодировки документов данного типа.

Все документы типа HTML придерживаются единых деклараций языка SGML и пролога. Следовательно, реализации программы WorldWide Web в общем случае лишь передают и сохраняют ту часть документа HTML, которая содержит данные. Чтобы создать для обработки на анализаторе

SGML объект с документом, необходимо поставить текст HTML DTD перед имеющимися данными.

И, наоборот, для реализации анализатора языка HTML необходимо лишь воссоздать те части анализатора SGML, которые необходимы для разбора данных, появляющихся вслед за разбором деклараций HTML DTD.

3. РАЗРАБОТКА УЧЕБНИКА

3.1 Разработка главной страницы

Главная страница содержит название конспекта лекций, а также ссылки на следующую главу и содержание. Начать работу с конспектом можно, перейдя по ссылке выбрав один из пунктов содержания, тогда загрузится страница, содержащая параграф выбранной главы.

Главная страница организована в виде текста с ссылками на следующие главы.

Общий вид представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Вид главной страницы

3.2 Разработка станицы с параграфом конспекта

Данная страница включает содержание выбранного параграфа.

Содержание конспекта состоит из полного содержания главы, включающей выбранный параграф.

Вверху параграфа имеются ссылки на предыдущую и следующую страницы конспекта, а так же на содержание.

Общий вид представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Вид страницы содержащей параграф конспекта

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ ПО ГИДРОПРИВОДУ

1.Введение

Масштабы применения гидравлического привода в нашей стране ежегодно растут. Это в значительной мере способствует тому, что на оснащение ж.д.транспорта поступают высокоэффективные строительные и дорожные машины с гидравлическим приводом рабочего органа (бульдозеры, катки и рыхлители, скреперы, автогрейдеры и грейдеры-элеваторы, одноковшовые универсальные и многоковшовые экскаваторы, самоходные стреловые краны и др.).

Использование объемных гидропередач стало возможным благодаря массовому производству экономичных малогабаритных насосов и гидромоторов, а также фильтров для; тонкой очистки рабочей жидкости. Были созданы гидравлические аккумуляторы, гибкие трубопроводы высокого давления, появились гидрораспределители для управления несколькими потребителями и другая аппаратура управления.

Применение гидравлического привода на железнодорожной и строительной технике позволяет: значительно снизить ее массу и размеры путем устранения таких сборочных единиц, как фрикционные муфты, редукторы, карданные передачи, стальные канаты и т. п.; упростить ее кинематические схемы и тем в значительной мере улучшить ее ремонтопригодность; увеличить производительность землеройных и землеройно-транспортных машин за счет принудительного внедрения рабочего органа в грунт.

Расширить область применения одних и тех же машин благодаря использованию сменного оборудования. Вместе с тем следует отметить, что вышеуказанные достоинства машин с гидроприводом могут быть реализованы только при строгом соблюдении требований к их эксплуатации: правильное управление машиной, своевременное обслуживание гидравлического оборудования, обнаружение и устранение неисправностей в его работе и др. Особое внимание при этом должно быть уделено применению рабочей жидкости рекомендуемых сорта и чистоты при заправке гидросистемы и в процессе эксплуатации машины, а также строгому выдерживанию температуры ее применения.

Основными направлениями дальнейшего совершенствования системы объемного гидропривода являются: повышение рабочего давления, что позволит снижать массу и стоимость элементов гидропривода; расширение диапазона рабочих температур гидрожидкости; создание мобильных, полностью гидрофицированных машин с автоматизацией процессов управления путем применения электронного оборудования.

2. Объёмный гидропривод

2.1 Основные термины, определения, параметры

Гидравлический привод представляет собой систему машин и аппаратов для передачи механической энергии с помощью жидкости. В объемном гидравлическом приводе используется потенциальная энергия давления жидкости.

Основными агрегатами гидропривода (рис. 1) являются насос и гидродвигатель. Насос служит для преобразования механической энергии приводного двигателя в энергию состояния рабочей жидкости, гидродвигатель преобразует энергию жидкости в механическую энергию.

Управление работой гидропривода осуществляется с помощью механизмов, которые могут воздействовать на насос или гидродвигатель, изменяя их рабочие характеристики, а также на аппараты, устанавливаемые на пути потоков жидкости между насосом и гидродвигателем. Объемный гидравлический привод включает в себя также вспомогательные устройства (гидробаки, фильтры, уплотнения и т. п.).

Объемный гидропривод -- привод, содержащий в своем составе гидравлическиймеханизм, в котором рабочая жидкость находится под давлением, с одним или несколькими объемными гидродвигателями.

Гидроустройство -- техническое устройство, предназначенное для выполнения определенной самостоятельной функции в объемном гидроприводе посредством взаимодействия с рабочей жидкостью.

Гидросистема -- совокупность гидроустройств, входящих в состав объемного гидропривода.

Объемная гидромашина -- гидроустройство, предназначенное для преобразования энергии рабочей жидкости в процессе попеременного заполнения рабочей камеры рабочей жидкостью и вытеснения ее из рабочей камеры. Под рабочей камерой понимается пространство в объемной гидромашине, периодически изменяющее свой объем и попеременно сообщающееся с местами входа и выхода рабочей жидкости.

Гидроаппарат (в качестве собирательного названия допускается применение термина «гидроаппаратура»)--гидроустройство, предназначенное для управления потоком рабочей жидкости. Под управлением потоком понимается изменение или поддержание заданных значений давления и расхода жидкости либо изменение направления, а также пуск и остановка потока рабочей жидкости.

Кондиционер рабочей жидкости -- гидроустройство, предназначенное для обеспечения необходимых качественных показателей и состояния рабочей жидкости.

Гидроемкость -- устройство, предназначенное для содержания рабочей жидкости в целях использования ее в процессе работы объемного гидропривода.

Гидролиния -- гидроустройство, предназначенное для движения рабочей жидкости или передачи давления от одного гидроустройства к другому.

Гидроприводы поступательного, поворотного и вращательного движения -- объемные гидроприводы, гидродвигателями которых являются соответственно гидроцилиндр, поворотный гидродвигатель и гидромотор.

Гидроцилиндр -- объемный гидродвигатель с поступательно-возвратным движением выходного звена.

Поворотный гидродвигатель -- объемный гидродвигатель с ограниченным поворотным движением выходного звена.

Гидромотор -- объемный гидродвигатель с неограниченным вращательным движением выходного вала.

Насос-мотор -- объемная гидромашина, предназначенная для работы как в режиме объемного насоса, так и в режиме гидромотора.

Объемный насос -- объемная гидромашина, предназначенная для преобразования механической энергии привода в энергию потока рабочей жидкости.

Объемный гидродвигатель -- объемная гидромашина, предназначенная для преобразования энергии потока рабочей жидкости в энергию выходного звена, которым в гидроцилиндре является

2.2 Принцип действия объёмного гидропривода

Из трех видов механической энергии жидкости (E=z+p/v+u2/(2g), где z, р, v, и, g соответственно удельная энергия положения, давление, плотность, скорость жидкости и ускорение свободного падения) в объемном гидроприводе используется удельная энергия давления p/v, которая с помощью объемных гидравлических двигателей преобразуется в механическую работу.

Удельной энергией положения z в объемном гидроприводе обычно пренебрегают, поскольку разности высот отдельных элементов гидросистемы несоизмеримо малы в сравнении с действующими в пей статическими давлениями жидкости. Пренебрегают также и кинетической энергией u2/(2g), хотя эта энергия в виде скоростного напора жидкости часто используется в командных устройствах гидроприводов.

Гидропривод, в котором энергия передается главным образом за счет кинетической энергии жидкости, называется гидродинамическим и в данном учебнике не рассматривается.

Принцип действия объемного гидропривода основан на высоком объемном модуле упругости (малой сжимаемости) жидкости и на законе Паскаля, гласящем, что всякое изменение давления в какой-либо точке покоряющейся капельной жидкости, не нарушающее ее равновесия, передается в другие точки без изменения.

Если на свободную поверхность находящейся в замкнутом пространстве жидкости через поршень с площадью поверхности F действует сила Р, то в жидкости возникает давление. Величина давления р зависит от величины силы, приложенной к поршню, и его площади, через которую данная сила равномерно распределяется по поверхности жидкости:

p = P/F. (1.1)

Давление равномерно распространяется во все стороны, т. е. оно одинаково в любой точке замкнутого объема жидкости. Размерность давления есть отношение единицы силы к единице площади: Н/м2, кгс/см2 и др.

В международной системе СИ за единицу давления принимают паскаль (Па) -- давление, вызываемое силой 1 Н, равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м2. В области объёмного гидропривода находит применение единица давления мега паскаль (MПа) миллион паскалей. В отдельных источниках можно встретить и другие единицы. Эти единицы давления имеют следующие соотношения:

1 Па- 1 Н/м2;

1 Ml Па = 10 бар = 10 кгс/см2;

1 мм вод. ст.=9,81 Па=10-4 кгс/см2;

I мм рт. ст. = 133.З Па= 1,35*10 3 кгс/смг;

1 фунт/дюйм2 = 14,5 бар = 14,5 кгс/см2 = 1,45 МПа.

2.3 Сравнительная оценка гидропривода

Основными преимуществами объемного гидропривода являются его высокие динамические качества, простота осуществления бесступенчатого регулирования выходной скорости, а также весовые характеристики (отношение массы машины к ее мощности) и строительный объем, приходящийся на единицу передаваемой мощности (энергоемкость).

Динамические качества объемных гидромашин оцениваются способностью сообщать инерционной (массовой) нагрузке большие ускорения. Так, для гидромоторов динамические качества определяются отношением момента, развиваемого гидромотором, к моменту инерции его вращающихся частей. По величине этого отношения аксиально-поршневые гидромоторы (гл. 4) более чем на порядок превосходят электродвигатели той же мощности, что во многих случаях является решающим фактором для выбора гидросистемы, в частности следящих гидросистем.

Преимущества гидродвигателей по этому показателю перед электродвигателями обусловлены тем, что удельная сила их практически не ограничена, а при давлении жидкости примерно 30 МПа (300 кгс/см2) она в 20 ... 25 раз больше, чем у электродвигателя.

Благодаря возможности получения в заданном ограниченном пространстве больших крутящих моментов и усилий обеспечиваются высокая приемистость и быстродействие гидропривода и соответственно малое время запаздывания при отработке командных сигналов, что особенно важно для быстродействующих следящих механизмов.

Под приемистостью гидродвигателя в общем случае понимают его способность развивать скорость при инерционной нагрузке в течение малого времени. Практически реверс гидродвигателя без нагрузки происходит мгновенно, и запаздывание (если оно есть) обусловлено лишь сжимаемостью рабочей жидкости и составляет обычно всего несколько миллисекунд. Так, время разгона гидромотора средней мощности (5 ... 75 кВт) не превышает 0,1с.

Высокой приемистостью отличаются также и насосы. Например, в лучших образцах время достижения регулируемым насосом максимальной подачи от нулевого ее значения не превышает 0,04 с, а время снижения подачи от номинального значения до нулевого -- 0,02 с.

В силу сказанного гидравлический привод более, чем всякий иной тип привода, пригоден для работы в условиях больших ускорений.

При оценке гидромашин большое значение имеют также силовые характеристики:удельная сила (или коэффициент удельной силы), под которой понимают силу, приходящуюся на единицу полезной мощности (обычно выражается в Н/кВт или кгс/кВт): GN = G/N; сила на единицу развиваемого момента (в Н/Н-м или кгс/кгс*м): Gm=G/M, где G, N и М -- соответственно сила, мощность гидромашнны и момент на ее валу. Для гидромашин высокого давления (20 МПа или 200 кгс/см2) общего применения GN составляет обычно 6 Н/кВт (0,6 кгс/кВт).

Кроме того, гидромашины оцениваются также по удельной мощности (мощности, отнесенной к единице внешнего объема) или, как называют этот показатель, энергоемкости. Для современных машин общего применения, работающих при давлении 20 МПа, этот показатель достигает 4 кВт/дм3. Преимущества гидравлических машин по этим характеристикам можно показать на таком примере. Аксиально-поршневая гидромашина серии 210.25 номинальной мощностью 15 кВт а частотой вращения 1500 мин-1 имеет массу 31 кг, в то время как электродвигатель серии 4А такой же мощности и частоты вращения имеет массу 220 кг.

Применение объемного гидропривода на строительных, дорожных и специальных машинах позволяет: реализовать большие передаточные числа от ведущего звена источника энергии к рабочим механизмам и органам машины, отказавшись от громоздких и сложных по кинематике устройств; простым способом преобразовать вращательное движение в поступательное; расположить силовую установку с насосом, другие элементы гидропривода, исполнительные механизмы и органы машины независимо друг от друга, что обусловливает возможность их оптимальной компоновки; достаточно простыми средствами выполнять удобное и независимое бесступенчатое регулирование в широком диапазоне: скоростей рабочих движений, совмещаемых по времени, что улучшает технологические возможности машины и повышает эффективность использования мощности двигателя; этому также способствует жесткая фиксация исполнительных механизмов в любом положении н возможность без дополнительных устройств реверсировать направление движения исполнительного механизма; применить автоматическое и полуавтоматическое управление, использование которого улучшает условия труда обслуживающего персонала и повышает качество выполняемых работ; унифицировать и нормализовать конструкцию элементов гндропривода для машин различного назначения и типоразмеров, что позволяет сократить номенклатуру запасных частей и создает возможность применения агрегатного ремонта.

3. Рабочие жидкости для гидроприводов

3.1 Назначение рабочих жидкостей и основные требования к ним

Рабочая жидкость в гидроприводе служит для передачи энергии от входного звена к выходному. Кроме того, она является смазывающей и антикоррозионной средой и выполняет еще ряд важных функций, определяющих эксплуатационные свойства и технико-экономические показатели гидропривода. При выборе и применении рабочей жидкости следует учитывать се эксплуатационные свойства, которые, в свою очередь, зависят от многих факторов, тесно связанных с условиями эксплуатации.

К рабочим жидкостям, предназначенным для гидроприводов машин, работающих на открытом воздухе, предъявляются следующие основные требования. Рабочая жидкость должна обладать хорошими смазывающими и антикоррозионными свойствами по отношению к стали, чугуну, бронзе и алюминиевым сплавам; высокой противопенной стойкостью, исключающей образование воздушно-масляных суспензии, а также стойкостью против отложения смолистых осадков; термической и гидролитической стабильностью в процессе эксплуатации и храпения.

Для обеспечения работоспособности гидроустройств в районах с холодным климатом рабочая жидкость должна иметь температуру застывания на 10 ... 15°С ниже возможной рабочей температуры, вязкость при +50°C не <10 мм2/с, при --40°С -- не >1500 мм-/с, а также широкий температурный предел применения по условию прокачиваемости насосами различных типов. Лучшей принято считать такую рабочую жидкость, вязкость которой мало изменяется при изменении температуры. Рабочая жидкость должна обеспечивать устойчивую работу насосов, постоянство режима гидропривода и сохранять смазочные свойства; должна исключать чрезмерные утечки при высоких температурах и чрезмерные потери давления при низких температурах.

В гидросистемах строительных и дорожных машин в качестве рабочих жидкостей применяются масла на нефтяной основе. Они обладают рядом положительных качеств, наиболее важными из которых следует считать доступность их получения и невысокую стоимость. Для улучшения эксплуатационных свойств в состав рабочих жидкостей вводят присадки. При выборе рабочих жидкостей следует принимать во внимание их наиболее важные свойства: плотность, вязкость, смазывающую способность, антиокислительные, антикоррозионные, антипенные свойства, совместимость с компонентами гидросистемы, физическую и химическую стабильность в процессе эксплуатации и хранения.

3.2 Основные свойства рабочих жидкостей

Плотность жидкости -- физическая величина, характеризующая; отношение массы т жидкости к ее объему V: p=m/V. Плотность рабочих жидкостей зависит от температуры и давления (рис. 2.1), она имеет большое значение при расчете скорости v течения жидкости через местные сопротивления, так как потери давления Др зависят от плотности жидкости: Др=рv/2.

Относительное изменение объема жидкости при изменен! температуры на 1°С характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения В где V и AV -- соответственно начальный объем и приращен объема жидкости; ДТ--изменение температуры жидкости от начального значения Т1 до конечного Т2 (ДТ=Т2--Т1). С учетом влияния температуры приращение объема ДУ объем рабочей жидкости Vt при температуре Т1=Т1-+ДТ.

Температурные коэффициенты объемного расширения рабочих жидкостей и металлов, из которых изготовлены элементы гидропривода, различны. Поэтому в замкнутом объеме жидкости при ее нагревании может возникнуть недопустимо высокое давление, способное разрушить стенки, замыкающие данный объем. Это обстоятельство необходимо учитывать при проектировании гидропривода, предназначенного для работы в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды, и предусматривать установку предохранительных клапанов или других устройств, компенсирующих температурное увеличение объема жидкости. Это же обстоятельство должно быть учтено при подборе жидкостей, заменяющих рекомендованные заводом -- изготовителем гидроустройства или машины в целом.

Вязкость (или внутреннее трение) является свойством жидкости оказывать сопротивление сдвигу одного ее слоя относительно другого под действием касательной силы внутреннего трения. Напряжение трения т согласно закону Ньютона пропорционально градиенту скорости dv/dy: откуда

n=t/(dv/dy) =F/[S(dv/dy)], где n -- коэффициент пропорциональности или динамическая ВЯЗКОСТЬ жидкости; у--расстояние между слоями жидкости, измеренное перпендикулярно к направлению движения жидкости (радиус трубопровода); F-- сила внутреннего трения, которая действует на поверхности раздела двух слоев жидкости. S -- площадь слоя, следовательно, динамическая вязкость, проявляющаяся лишь при течении жидкости, численно равна силе трения, развивающейся на единичной поверхности при градианте скорости, равном единице. В покоящейся жидкости касательные напряжения равны нулю. Единицей динамической вязкости является 1Па*с

При практических расчетах движения жидкости часто требуется учитывать не только вязкость, но и зависимость сил внутреннего трения от инерции потока жидкости. Поэтому пользуются отношением динамической вязкости n к плотности жидкости р, которое называется кинематической вязкостью v: v=n/p.

Единицей кинематической вязкости является 1 м2 / с В нормативно-технических документах обычно указывают, значение кинематической вязкости при 100 или 50° С (v1oo или v50).

Вязкость жидкости зависит от химического состава и строения углеводородов, из которых она состоит, от температуры и давления. Наиболее важным фактором, оказывающим влияние на вязкость, является температура. Зависимость вязкости от температуры различна для разных по составу рабочих жидкостей. Обычно с повышением температуры вязкость жидкости уменьшается (рис. 2.3).

Вязкость рабочих жидкостей увеличивается с повышением давления, что особенно важно для объемных гидроприводов высокого давления. Так, с повышением давления от 0,1 до 40 МПа при постоянной температуре +50°С вязкость рабочих жидкостей ВМГЗ и МГ-30 увеличивается в 1,6 ... 2,3 раза. Анализ графиков дает представление о том, что для более вязкой жидкости с понижением температуры при постоянном давлении вязкость увеличивается более интенсивно.

Вязкость рабочей жидкости оказывает непосредственное влияние на рабочие процессы и явления, происходящие как в отдельных элементах гидрооборудования, так и во всей гидросистеме. При чрезмерно высокой вязкости нарушается сплошность потока, происходит иезаполненне рабочих камер насоса, возникает явление кавитации, снижаются подача и ресурс насоса -- наиболее ответственного агрегата гидросистемы.

Использовать рабочую жидкость с повышенной вязкостью наиболее целесообразно в гидроприводе высокого давления (от 25 МПа и выше), поскольку при этом уменьшаются объемные потери через зазоры в скользящих парах трения при повышенной температуре. Однако необходимо учитывать, что в гидроустройствах, имеющих незначительные зазоры в скользящих парах трения, повышенная вязкость вызывает большие потери мощности на трение, так как последние прямо пропорциональны вязкости.



Для повышения гидравлического КПД надо применять рабочую жидкость с малой вязкостью, так как течение жидкости всегда сопровождается трением внутренних слоев и гидравлическими потерями на местные сопротивления. Однако чрезмерное снижение вязкости при положительной температуре вызывает повышенные объемные потери через подвижные соединения и уплотнения, резкое снижение расхода и интенсивное изнашивание скользящих пар трения наиболее ответственных гидроустройств. При малой вязкости жидкость не обеспечивает гидродинамическую смазку и не позволяет предотвратить контактирование и изнашивание рабочих деталей гидропривода. Кинематическая вязкость рабочей жидкости не должна быть ниже 15 ммг/с для шестеренных, 12 мм2/с для пластинчатых и 8 мм2/с для поршневых насосов. Эксплуатационные свойства рабочих жидкостей при низких температурах характеризуются допустимой вязкостью и прокачнваемостью. Температуру, при которой жидкость теряет подвижность в заданных условиях (ГОСТ 20287--74), принято считать температурой застывания. Для исключения кавитации на входе в насос и других нежелательных явлений в гидросистеме температура застывания рабочих жидкостей должна быть ниже возможной минимальной рабочей температуры на 10 ... 15°С. Температура застывания не характеризует поведение рабочих жидкостей в гидросистеме при низких температурах, поэтому наибольшая допустимая вязкость рабочей жидкости определяется по ее прокачиванию насосом при определенной температуре.

Сжимаемость жидкости -- это ее способность под действием всестороннего внешнего давления изменять свой объем обратимым образом, т. е. так, что после прекращения действия внешнего давления восстанавливается первоначальный объем жидкости.

Сжимаемость характеризуется коэффициентом R.

R=-(l/V) (ДV/Дp)

или модулем объемной упругости К:

K=1/R=-V(Дp/ДV),

где V --объем жидкости; Др и ДV -- изменение соответственно давления и объема жидкости.

При повышении давления коэффициент сжимаемости жидкости уменьшается, модуль объемной упругости увеличивается {рис. 2.4), а при повышении температуры -- увеличивается, модуль объемной упругости уменьшается, причем коэффициент сжимаемости более вязкой жидкости (МГ-30) меньше коэффициента сжимаемости менее вязкой жидкости (ВМГЗ).

С точки зрения эксплуатационных свойств сжимаемость рабочей жидкости влияет на жесткость и быстродействие передачи движения в гидроприводе. Смазывающие свойства рабочей жидкости связаны с прочностью масляной пленки и способностью ее противостоять разрыву. Обычно чем выше вязкость, тем больше прочность масляной пленки. Рабочая жидкость в гидроприводе должна предотвращать контактирование и схватывание трущихся поверхностей при малых скоростях скольжения в условиях граничного режима смазывания. Другими словами, рабочая жидкость должна, во-первых, обладать противозадирными свойствами и, во-вторых, уменьшать износ поверхностей трения, создавая гидродинамический режим смазки.

Улучшение смазывающих свойств жидкости достигается добавлением к основе в небольших количествах противозадирных и противоизносных присадок. Положительное влияние противоизносных присадок основано на их химическом взаимодействии с металлом, в результате чего на трущихся поверхностях образуется плотная пленка из продуктов этой реакции. Противозадирные присадки предотвращают схватывание деталей и уменьшают их износ. Их влияние основано на химическом взаимодействии трущихся участков сопряженных поверхностей при высокой температуре. В результате реакции присадки с металлом между трущимися поверхностями образуется низкоплавкий сплав, благодаря пластическому течению которого обеспечивается перераспределение нагрузки, предотвращаются задиры, наволакивания и изнашивание металла.

Уменьшение трения и обеспечение нормальной работы пар трения при минимальных зазорах без риска схватывания сопряженных поверхностен являются важнейшими требованиями, предъявляемыми к рабочим жидкостям.

Стабильность свойств -- это способность жидкости сохранять рабочее состояние в течение заданного времени при изменении первоначальных свойств в допустимых пределах. Стабильность характеризуется антиокислительной способностью и однородностью рабочей жидкости. В процессе эксплуатации не должны выделяться продукты окисления в виде нерастворимых осадков. Стабильность против окисления жидкости при повышенной температуре оценивается по кислотному числу и осадку после окисления. Кислотное число используется для определения старения жидкости (ГОСТ 5985--79). Стабильность против окисления достигается введением 0,2 ... 0,5% присадки ионол (трикреозольной и бутиленовой фракций газов крекинга).

Антипенные свойства характеризуют способность рабочей жидкости выделять воздух и другие газы без образования пены. Эту способность определяют по времени исчезновения пены после подачи в жидкость распыленного воздуха или прекращения перемешивания. Способность противостоять пенообразованию усиливают добавлением 0,003 ... 0,005% антипенной присадки ПМС-200А (полиметилксилоксана). Поскольку наличие нерастворенных пузырьков воздуха существенно повышает сжимаемость жидкости, а также способствует возникновению режима навигации, высокие антипенные свойства являются важным эксплуатационным параметром для рабочих жидкостей гидросистем.

Совместимость рабочих жидкостей с материалами, из которых изготовлено гидроборудование, характеризуется отсутствием коррозионного воздействия на металлы, а также стабильностью физико-химических свойств самой жидкости.

Совместимость с резинотехническими деталями проверяют по показателю допустимого набухания резины или по показателю потери ее массы в рабочей жидкости. Для оценки совместимости рабочей жидкости с резиной используют стандартную резину УИМ-1.

Удельная теплоемкость жидкости С -- количество теплоты, необходимое для повышения температуры единицы массы на 1°С, характеризует интенсивность повышения температуры в гидросистеме. Единицей удельной теплоемкости является 1 Дж/(кг-°С). С повышением температуры удельная теплоемкость рабочих жидкостей изменяется незначительно (рис. 2.5, а), но рабочая жидкость МГ-30, вязкость которой в 3 раза больше вязкости рабочей жидкости ВМГЗ, имеет в 4 раза более высокие значения удельной теплоемкости.

Теплопроводность жидкости лмда-- это количество теплоты, которое проходит за единицу времени через единицу поверхности слоя. Единица теплопроводности - 1 Вт/(м-°С). Теплопроводность жидкостей ВМГЗ и МГ-30 с повышением температуры уменьшается (рис. 2.5, б).

3.3 Характеристики основных сортов

Предприятиями нефтехимической промышленности выпускаются специальные рабочие жидкости для гидросистем. Это так называемые гидравлические масла марок ВМГЗ; МГЕ-10А; МГ-30. Наряду с ними в отдельных случаях возможно использование масел-заменителей, созданных для других целей (индустриальных, веретенных, трансформаторных и др.).

При выборе сорта рабочей жидкости предпочтение необходимо отдавать специальным гидравлическим маслам, так как только они в наиболее полной мере отвечают специфическим условиям работы в гидросистемах, обеспечивая надежность и долговечность гидропривода. Срок эксплуатации специальных гидравлических масел 3500 ... 4000 ч, что в 2 ... 3 раза превышает срок эксплуатации других, неспецнальных масел.

Гидравлическое масло ВМГЗ (ТУ 38-101479--74) предназначено для всесезонной эксплуатации в строительных, дорожных, коммунальных, лесозаготовительных и других мобильных машинах с гидроприводом и в промышленном гидрооборудовании в районах Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока, а также в качестве сезонного зимнего сорта в районах умеренного климата при температурах от --58 до +70° С в зависимости от типа применяемого насоса (табл. 2.1). В состав ВМГЗ входит глубокоочнщенная низкозамерзающая дистиллянтная фракция из перспективных сернистых нефтей с композицией присадок, обеспечивающих необходимые вязкостные, антиокислительные, противоизносные, антикоррозионные, низкотемпературные и антипенные свойства. Это масло совместимо с резинотехническим изделием, входящим в комплект гидравлического оборудования, и не токсично.

Таблица: Обозначение товарных гидравлических масел

Обозначение масла по ГОСТ 17479.3-85	Товарная марка
МГ-5-Б	МГЕ-4А, ЛЗ-МГ-2
МГ-7-Б	МГ-7-Б, РМ
МГ-10-Б	МГ-10-Б, РМЦ
МГ-15-Б	АМГ-10
МГ-15-В	МГЕ-10А, ВМГЗ
МГ-22-А	АУ
МГ-22-Б	АУП
МГ-22-В	"Р"
МГ-32-А	"ЭШ"
МГ-32-В	"А", МГТ
МГ-46-В	МГЕ-46В
МГ-68-В	МГ-8А-(М8-А)
МГ-100-Б	ГЖД-14с

Применение гидравлического масла ВМГЗ позволяет значительно расширить географическую зону надежной эксплуатации машин, обеспечить пуск гидропривода при низких температурах без предварительного разогрева и круглогодичную эксплуатацию машин с гидроприводом в северных и северо-восточных районах без сезонной смены рабочей жидкости.

Гидравлическое масло МГЕ-10А (ТУ 38-1-307--69) создано для использования в гидросистемах летательных аппаратов и в первую очередь отвечает условиям их эксплуатации (резкая смена температуры, давления и влажности окружающей среды). Применяется оно в гидросистемах бронетанковой техники и машин инженерного вооружения всесезонно во всех климатических зонах. Условия применения в строительных, дорожных, коммунальных, лесозаготовительных и других машинах с гидроприводом и в промышленном гидрооборудовании аналогичны условиям применения масла ВМГЗ.

Основой МГЕ-ЮА является глубокоочищенная керосиновая фракция нефти с добавлением загустителей и многофункциональных присадок. В целях предотвращения замерзания конденсата воды в жидкость добавляется высокоатомный (фурфуриловый) спирт, что определяет ее гигроскопичность и токсичность. Наряду с МГЕ-10А возможно применение аналогичной по назначению и составу жидкости марки АМГ-10, которая не производится, но в определенных количествах еще может содержаться в запасах.

Гидравлическое масло МГ-30 (ТУ 38-10150--79) предназначено для применения в объемных гидроприводах строительных, дорожных, коммунальных и других мобильных машин я стационарного промышленного оборудования в качестве летнего сорта в районах умеренного климата и всесезонного сорта в южных районах страны при температурах от --20 до +75°С в зависимости от типа применяемого насоса. Гидравлическое масло МГ-30 разработано на базе индустриального масла И-ЗОА (ГОСТ 20799--75) селективной очистки из восточных нефтен, отличающегося высоким индексом вязкости, и имеет антиокислитсльную, антипенную присадки и депрессатор, понижающий температуру застывания. Масло МГ-30 отличается хорошей смазывающей способностью, стойкостью против образования и отложения смолистых осадков, а также против вспенивания, удовлетворительно защищает металлические поверхности от коррозии.

Применение гидравлического масла МГ-30 обеспечивает всесезонную эксплуатацию машин во многих районах страны без его замены 4000 ч. Показатели свойств основных гидравлических масел и их заменителей приведены в табл. 2.2. В гидросистемах машин с шестеренными насосами допускается использование моторных масел, имеющих при 50°С вязкость 60 ... 70 мм2/с для летнего сорта и 40 ... 50 мм2/с для зимнего. Температурные пределы применения рабочих жидкостей при номинальных значениях основных параметров гидрооборудования устанавливаются для каждой гидросистемы отдельно с учетом конструктивных особенностей насоса. Зависимости вязкостей рабочих жидкостей от температуры при атмосферном давлении приведены на рис. 2.6.

Использование в гидросистемах машин специальных рабочих жидкостей позволяет существенно уменьшить их расход, сократить дополнительные затраты на транспортирование и хранение, повысить ресурс гидрооборудования (в том числе вследствие уменьшения загрязнения гидросистем при более редкой смене рабочей жидкости), обеспечить работоспособность гидропривода в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды.

3.4 Требования к поставке жидкостей, заправка жидкостей

При поставке рабочих жидкостей потребителям содержание в них механических примесей не должно превышать 0,005% по массе. В составе механических примесей, представляющих собой твердые и полутвердые продукты окислительной полимеризации компонентов присадок и масел, не должно быть абразивных частиц тина песка и т. п.

При транспортировании, хранении, заправке, разгерметизации гидросистемы в целях ремонта рабочие жидкости загрязняются главным образом компонентами почвенной пыли.

Для предохранения рабочих жидкостей от загрязнения они должны доставляться с нефтебазы к месту эксплуатации машин без переливания из одной тары в другую. Принимать на хранение рабочую жидкость нужно после проверки соответствия ее показателей (вязкости, температуры застывания, содержания воды и механических примесей, корродирующего действия на металлические пластинки, цвета и однородности состава) при выборочном анализе пробы паспортным данным завода-изготовителя или нефтебазы. Поступившую на хранение рабочую жидкость следует сливать в чистую емкость, оборудованную трубопроводами для заполнения и краном для раздачи, а также герметически закрывающимся люком для периодической очистки. Авиационные гидравлические масла МГЕ-10А и АМГ-10 поставляются, транспортируются и хранятся в герметически закрытых и опломбированных жестяных бидонах, вскрывать которые можно только перед заправкой в гидросистему.

Гидросистемы машин необходимо заправлять рабочей жидкостью только с помощью насоса через фильтр с тонкостью очистки не <20 мкм или через два слоя батистовой ткани. Хорошие результаты дает применение заправочных агрегатов типа O3-I552 (НАР-2Т). Наиболее рациональными являются заправка и дозаправка гидросистем машин рабочей жидкостью с помощью маслозаправщиков на автомобильном ходу типа МТО-СЗ. При эксплуатации гидравлического привода необходимо помнить, что самым главным условием его безотказной работы является абсолютная чистота рабочей жидкости.

4. Основные схемы объёмных гидроприводов

4.1 Виды схем

В комплект технических документов на гидравлическую систему входят три вида схем Схема гидравлическая принципиальная -- выполняется на начальной стадии проектирования гидропривода, она показывает взаимодействие гидроаппаратуры управления с источником питания (насосом) и силовыми исполнительными механизмами (гидродвигателями). В принципиальной схеме показываются с помощью условных обозначении лишь типы гидроустронств и даются линии тока жидкости. Она не дает исчерпывающей информации о полном составе изделий, комплектующих гидросистему. Схима гидравлическая соединений- выполняется на основании схемы принципиальной после производства необходимых расчетов и подбора комплектующих изделий. Схема представляет собой вычерченные с достаточной степенью подробности контурные очертания каждого гидроустройства, входящего в гидросистему. Линии связи при этом изображаются с подробным членением на сборочные единицы и детали. На основании схемы составляется полная спецификация гидросистемы.

Схема гидравлическая монтажная -- отражает компоновку элементов гидросистемы на машине. Выполняется, как правило, на аксонометрическом чертеже общего вида машины. В процессе постановки машины на серийное производство схема претерпевает ряд корректировок, касающихся в основном уточнения размеров и форм сборочных единиц и деталей трубопроводов.

4.2 Условные графические изображения

В принципиальных гидравлических схемах каждой группе гидроустройств присваиваются определенные условные обозначения. Размеры и начертания таких изображений выбираются в каждом отдельном случае сообразно принятому габариту и общей схеме гидросистемы.

Баки (резервуары рабочей жидкости), аккумуляторы, кондиционеры условно изображаются символами, установленными ГОСТ 2.780--68. Примеры построения условных графических обозначений перечисленных элементов гидросистем представлены в табл. 3.1. Линии связи (трубопроводы) обозначаются условно в соответствии с требованиями ГОСТ 2.784--70 (табл. 3.2), а объемные гидромашины -- ГОСТ 2.782--68 (табл. 3.3). Насосы обычно обозначаются окружностями. Размеры окружностей не регламентируются и берутся соизмеримыми с обозначениями прочих гидроагрегатов данной схемы. Направление потока жидкости показывается острием жирной стрелки (треугольника), помещенной внутри контура символа, регулируемость подачи показывается длинной тонкой стрелкой, пересекающей этот контур под углом. Нереверсивный насос изображается с одной, а реверсивный -- с двумя жирными стрелками (треугольниками) внутри контура, направленными во внешнюю сторону (показывает, что поток жидкости направлен из насоса в гидросистему). Обозначения гидромоторов такие же, как и насосов, однако острия стрелок направляются внутрь контура (показывает, что поток рабочей жидкости направлен из гидросистемы в мотор). Условные графические символы гидроцилиндров в определенной мере отражают их реальные конструктивные формы.

Гидроаппараты управления и регулирования изображаются в. схемной символике в виде прямоугольников (ГОСТ 2.781--68). Условные графические обозначения распределителей состоят из обозначений отдельных элементов и их комбинации: позиций подвижного элемента, линий связи, проходов и элементов управления. В распределителях дискретного действия рабочая (характерная) позиция подвижного элемента изображается квадратом (прямоугольником), который вычерчивается сплошными основными линиями.

Цилиндр простого (одностороннего) действия:	Подробное Упрощенное
а) без указания способа возврата штока
б) с возвратом штока пружиной
в) плунжерный
г) телескопический с односторонним выдвижением
д) телескопический с двухсторонним выдвижением
Цилиндр двойного действия:	Подробное Упрощенное
а) с односторонним штоком
б) с двухсторонним штоком
в) телескопический с односторонним выдвижением
г) телескопический с двухсторонним выдвижением
Цилиндр дифференциальный (отношение площадей поршня со стороны штоковой и нештоковой полостей имеет первостепенное значение)
Цилиндр двухстороннего действия с подводом рабочей среды через шток:
а) с односторонним штоком
б) с двухсторонним штоком
Цилиндр двойного действия с постоянным торможением в конце хода:
а) со стороны поршня
б) с двух сторон

5. Преобразователи энергии гидравлических схем

5.1 Общие сведения

Объемной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении ее из рабочей камеры. Под рабочей камерой объемом гндромашины понимается ограниченное пространство внутри машины, периодически изменяющее свой объем и попеременно сообщающееся с местами входа и выхода жидкости. Объемная гидромашина имеет одну или несколько рабочих камер. Общая классификация объемных гидромашин прицелена на рис. 4.1.

Объемная гидромашина, предназначенная для преобразования механической энергии приводного вала в энергию потока рабочей жидкости, называется объемным насосом. Объемная гидромашина, предназначенная для преобразования энергии потока рабочей жидкости, развиваемой насосом, в энергию вращения выходного вала, чтобы привести в действие исполнительный орган машины, называется объемным гидромотором.

К насосам, применяемым в гидроприводах строительных и дорожных машин и других гидросистемах, предъявляют высокие требования, основными из которых являются: малые удельная масса и объем, приходящиеся на единицу мощности, высокий КПД, возможность регулирования и реверса подачи, а также высокая быстроходность и большая надежность. Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют роторные насосы. Основными параметрами гндромашин являются: рабочий объем V, номинальное давление рном и частота вращения пном, а производными: подача QH и мощность Nндля насоса; расход рабочей жидкости QM и крутящий момент М для гидромотора, а также полный КПД гидромашин n.

Под рабочим объемом V гидромашины понимают разность наибольшего и наименьшего значений замкнутого объема рабочих камер за один оборот вала насоса или гидромотора. Чем больше рабочий объем, тем больший объем рабочей жидкости вытесняет насос за один оборот вала. Чем больше рабочий объем гидромотора, тем больший объем рабочей жидкости необходим для поворота его вала на один оборот.