Гидравлические и пневматические системы автомобилей и гаражного оборудования

Реферат

Гидросистема (гидрасистема) (сокр. от гидравлическая система) — это совокупность элементов, воздействующих на текучую среду таким образом, что свойства каждого элемента оказывают влияние на состояние текучей среды во всех элементах систем.

Данное определение гидросистем фактически подчеркивает взаимосвязь свойств множества элементов посредством текучей среды, что вытекает из определения — система, т.е. единой сущности, объединяющей множество элементов по каким-либо критериям.

Различают природные и технические гидросистемы. Примерами сложных технических гидросистем являются системы сбора и подготовки нефти и газа, водо- и газоснабжения,канализации, ирригационных каналов и т.п. К Природным гидросистемам можно отнести системы продуктивных пластов, насыщенных водой, газом, газоконденсатом или нефтью.

1 Неустойчивая работа насосной установки.

У тихоходных насосов, напорная характеристика которых имеет максимум при положительной подаче, в некоторых случаях возникает неустойчивая работа: подача резко изменяется от наибольшего значения до нуля, напор колеблется в значительных пределах, наблюдаются гидравлические удары, шум и вибрация как самой машины, так и трубопроводов. Это явление получило название помпаж.

1 Определение зоны не устойчивой работы

Рассмотрим неустойчивую работу насоса по схеме, изображенной на рис. 1. Насос подает жидкость по трубопроводу 3 в резервуар 5, из которого она направляется потребителю. Предположим, что в начальный момент резервуар заполнен жидкостью до уровня а. При этом насос работает в режиме, определяемом точкой А на его напорной характеристике. Если расход жидкости, отводимой потребителю, меньше подачи насоса Q А , то уровень жидкости в резервуаре повышается, характеристика насосной установки смещается вверх и подача насоса в соответствии с кривой напоровH=f(Q) уменьшается до тех пор, пока рабочая точка не займет положение М. Если при этом подача насоса превышает расход, который отводится потребителю, то уровень в резервуаре повысится еще больше и характеристика насосной установки пройдет выше характеристики насоса. При этом потребный напор станет больше напора насоса, в результате чего произойдет срыв подачи. Под действием обратного тока жидкости обратный клапан 2 закроется. Насос будет работать при подаче Q, равной нулю и напоре H0 . Из-за отсутствия притока жидкости в резервуар 5 уровень в нем будет понижаться (жидкость продолжает вытекать из него по трубопроводу 4).

После достижения уровнем значения, которому соответствует напор H0 , насос снова вступит в работу. Подача резко (скачкообразно) возрастет до значения QВ , соответствующего точке В. Уровень в резервуаре опять начнет постепенно повышаться и явление повторится.

Срыв подачи насоса и переход его на холостой режим работы может произойти и при неизменной характеристике насосной установки (при постоянном уровне в резервуаре 5), если характеристика установки пересекает характеристику насоса в двух точках. Это может возникнуть при снижении частоты вращения, например, из-за временного падения напряжения в электрической сети, питающей двигатель. При этом характеристика насоса понизится и произойдет срыв подачи до нуля. При последующем повышении частоты вращения насос будет продолжать работу при холостом режиме (Q=0), так как напор, создаваемый им при нулевой подаче, меньше статического напора насосной установки. По этой же причине помпаж может возникнуть при параллельной работе насосов, если напор при нулевой подаче одного из насосов, меньше напора второго при его одиночной работе на сеть. В этом случае временное снижение частоты вращения насосов может привести к срыву подачи первого насоса до нуля.

Характеристики насосов, не имеющих неустойчивой области, называют стабильными. Насосы, применяемые для подачи жидкости при переменных режимах, должны иметь стабильные характеристики.

Гидролинии

Надежность объемных гидромашин и гидроприводов в значительной мере зависит от совершенства гидравлических коммуникаций, а также от качества жидкости и очистки ее в процессе работы. Гидролиниями называют устройства, предназначенные для прохождения рабочей жидкости в процессе работы гидропривода

В соответствии с выполняемыми функциями их разделяют на

всасывающие — по которым рабочая жидкость движется к насосу,

напорные — по которым рабочая жидкость под давлением движется от насоса к распределителю, гидродвигателю или гидроаккумулятору и

сливные — по которым рабочая жидкость движется в гидробак.

Кроме того, различают гидролинии управления, по которым рабочая жидкость движется к устройствам для управления, и дренажные, по которым отводятся утечки рабочей жидкости.

Основным требованием к гидролиниям является обеспечение минимального гидравлического сопротивления и прочность конструкции. Для обеспечения минимального гидравлического сопротивления гидролинии и каналы следует выполнять по возможности максимального сечения с наименьшим числом местных сопротивлений.

Для напорных гидролиний скорость течения жидкости рекомендуется выбирать в пределах 5-10 м/с и для всасывающих 1-2 м/с.

Гидроемкости

Гидроемкостями называются устройства, предназначенные для содержания рабочей среды с целью использования ее в процессе работы объемного гидропривода.

К ним относятся гидробаки и гидроаккумуляторы.

Гидробаки

Гидробак предназначен для питания объемного гидропривода рабочей жидкостью. Он может находиться под атмосферным и избыточным давлением. Наиболее распространен гидробак открытого типа (рис 1.2, а) Рабочая жидкость заливается в бак через горловину 5, снабженную сетчатым фильтром. Объем жидкости в баке контролируется указателем уровня 2. В насос жидкость поступает через насадок с фильтром 3 и из гидросистемы в бак — через насадок 1. Для избежания барботажа (интенсивного перемешивания) жидкости, могущего привести к вспениванию последней, на насадке 1 устанавливают для дробления струи сетчатое устройство или перфорированный колпак. Воздушный объем над свободной поверхностью жидкости сообщается с окружающей средой через сапуц 4, снабженный воздушным фильтром тонкой очистки для защиты внутреннего объема бака от мелкодисперсного эагрязнителя, содержащегося в атмосфере.

В системах, предназначенные для работы в условиях переменного атмосферного давления (к примеру, при подъеме самолета на высоту 1000 м атмосферное давление понижается до 180 мм. рт. ст. ) применяют герметичные баки с наддувом (около 0 2-0,3 МПа) газом (рис 1.2, б).

Наддув осуществляется инертным газом (азотом), применение которого не вызывает окисления масла. Наддув бака газом производится через штуцер 6. Жидкость возвращается из гидросистемы в бак через насадок 1 с перфорированным колпаком для дробления струи. Бак заправляют жидкостью через снабженную фильтром горловину 7, герметично перекрываемую крышкой

Рис 1.2. Гидробаки типа а — открытого, б — закрытого.

2 Способы аккумулирования энергии жидкости.

Гидроаккумулятор — емкость, предназначенная для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением. Гидроаккумулятор, в котором аккумулирование (накапливание) и возврат (отдача) энергии происходят за счет сжатия и расширения газа, называют пневмогидроаккумулятopoм. В системах гидропривода преимущественно применяют аккумуляторы этого типа.

Подобный аккумулятор представляет собой закрытый сосуд (рис. 2), заполненный сжатым газом с некоторым начальным давлением зарядки. При подаче в этот сосуд жидкости объем газовой камеры уменьшается, вследствие чего давление газа повышается, достигая к концу зарядки жидкостью некоторого заданного максимального значения. В аккумуляторах, применяемых в гидроприводах, жидкость и газ обычно разделены поршнем или иными средствами для устранения возможности растворения газа в жидкости.

В соответствии с типом применяемого разделителя сред различают поршневые (рис. 2, а) и диафрагменные (рис. 2, б) аккумуляторы. Недостатком первых является трение поршня в цилиндре, на преодоление которого расходуется энергия аккумулятора, а также возможность нарушения герметичности в соединении поршня и цилиндра. Кроме того, при наличии трения возможны скачкообразные движения поршня и как следствие — колебания давления.

Эти недостатки практически устранены в аккумуляторах, в которых среды разделяются с помощью эластичной резиновой диафрагмы. Расчет пневмогидравлического аккумулятора сводится к определению его вместимости и полезного объема, под которым понимается объем жидкости, вытесняемой газом из аккумулятора в процессе его разрядки. Произведение полезного объема на среднее давление газа в рабочем диапазоне давлений определяет накопленную эпергию аккумулятора, которая отдается при разрядке.

Рис. 2. Пневмогидроаккумуляторы с разделителем сред: а — поршневым, б — диафрагменным.

Аккумулятор часто применяют как источник аварийного питания отдельных ветвей гидросистемы в случае отказа или выключения насоса, а также в случае, когда требуется выдержать длительное время какой либо участок гидросистемы под постоянным давлением, например, для длительной выдержки под давлением деталей, формируемых из резины. Так как энергия, накопленная в аккумуляторе, может быть отдана в короткое время, аккумулятор может кратковременно развить большую мощность. Благодаря этому применение аккумуляторов особенно рентабельно в гидросистемах с большими пиками расхода жидкости, значения которых намного превышают подачу насоса.

Использование аккумуляторов в подобных гидросистемах позволяет понизить мощность питающих насосов до средней мощности потребителей гидроэнергии. Насосы гидросистем с аккумуляторами переводят после зарядки аккумулятора на режим холостого хода. Для этого служат регуляторы, а при нерегулируемом насосе используются автоматы разгрузки. При повышении давления в аккумуляторе до значения, на которое отрегулирована пружина выключателя, подача насоса направляется в безнапорный гидробак. Питание гидросистемы осуществляется аккумулятором, который отключается от насоса и бака с помощью обратного клапана. При разрядке аккумулятора до заданного нижнего уровня давления выключатель снова направляет подачу насоса в аккумулятор.

3 Схемы применения фильтров в гидросистемах.

Жидкость гидропривода — его рабочий элемент, поэтому к ней предъявляются требования обеспечения прочности и долговечности. Она, как и всякий иной конструктивный элемент подвержена механическому и химическому разрушению (деструкции), имеет ограниченный срок службы, причем последний во многом зависит от типа жидкости условий и режима эксплуатации. Помимо этого жидкость служат смазывающим материалом (должна обеспечивать смазку механизмов гидропривода), а также охлаждающей средой.

В гидроприводах машин, предназначенных для работы в стабильных температурных условиях, обычно применяют рабочие жидкости минерального происхождения с диапазоном вязкости при температуре 50 С примерно 10-40 сСт, а именно трансформаторное, веретенное АУ, индустриальное, турбинное и другие масла. Применение менее вязких жидкостей приводит к увеличению утечек, a более вязких — к увеличению гидравлических потерь.

Для работы в условиях широкого температурного диапазона от 333 до 213 К (±60 °С) применяют специальные смеси минеральных масел, обеспечивающих вязкость в диапазоне температур от 320 до 220 К (±50 °С) в пределах от 10 до 1200 сСт. Этим требованиям отвечает масляная смесь АМГ-10.

Для работы при температурах около 450-500 (180-230 °С) применяют синтетические жидкости на кремнийорганической основе.

Последние годы из-за увеличивающегося дефицита нефтепродуктов и стремления к использованию негорючих материалов все более широкое применение в гидросистемах находят водомасляные эмульсии и синтетические негорючие жидкости на водяной основе. Используя такие материалы, надо учитывать их повышенную склонность к деструкции, коррозионную и кавитационную активность. Как правило, при этом следует снижать рабочие давления и частоту вращения гидромашин в 1,5-2 раза.

Выбор, хранение и транспортирование масла. В гидроприводах применяются масла, причем тип масла для каждого конкретного гидропривода должен соответствовать требованиям руководства по эксплуатации. Для предохранения масел от загрязнений они должны доставляться с нефтебазы на предприятие в одной таре (без переливания из одной емкости в другую).

При приемке масла на хранение следует производить выборочный анализ пробы по вязкости, содержанию воды и механических примесей, корродирующему действию на металлические пластинки, цвету и однородности состава. Масло должно храниться в чистых отапливаемых помещениях. При транспортировании, складировании и отборе масел нельзя допускать повреждений бочек (или другой тары), так как это может вызвать нарушение их герметичности. Каждая бочка должна иметь маркировку и использоваться только для хранения одной определенной марки масла. Перемешивание различных марок масел не допускается. При хранении бочки с маслом должны быть тщательно закупорены. Длительное (более года) хранение масел не рекомендуется.

Удаление загрязнений, образующихся при изготовлении, сборке или ремонте узлов гидропривода. К таким загрязнениям относятся частицы формовочной смеси, окалины и краски, металлическая стружка и заусенцы, сварочные брызги, коррозия, притирочные пасты, уплотнительные составы и т. п. Для удаления загрязнений следует очищать до металлического блеска и окрашивать маслостойкой краской (желательно светлого тона) внутренние полости баков, очищать стальные трубопроводы, тщательно удалять консервационную смазку с покупного гидрооборудования, очищать специальные узлы и гидропанели от стружки и заусенцев, соблюдать аккуратность в процессе сборки. Оставшиеся загрязнения удаляются во время промывки гидросистемы перед запуском в эксплуатацию.

Герметизация гидросистемы проводится для того, чтобы исключить попадание загрязнений извне, устранить наружные утечки, приводящие к засорению рабочего места, и частые периодические доливки масла в бак, сопровождающиеся каждый раз внесением дополнительных загрязнений. Особое внимание должно быть уделено герметичности бака, внутренняя полость которого должна сообщаться с атмосферой только через фильтр (сапун), обеспечивающий тонкость очистки воздуха не грубее тонкости очистки масла фильтром, установленным в гидросистеме. Необходимо тщательно устранить все утечки, выявленные после опрессовки гидросистемы рабочим давлением. Для этого следует подтянуть соединения или заменить некачественные элементы уплотнений.