Гідравлічні магістралі й ущільнення з'єднань

Подача рідини під робочим тиском від джерела витрати до споживачів і відведення її під зливальним тиском виконуються через магістралі (гідролінії), в якості яких служать жорсткі й еластичні, металеві й неметалеві трубопроводи, а також канали, виконані в корпусах гідроагрегатів.

За призначенням гідролінії поділяють на усмоктувальні, напірні, зливальні, дренажні й лінії керування.

Для гідроліній використовують металеві труби, гнучкі шланги і їхні з'єднання. У гідроприводах застосовують стальні безшовні холоднодеформовані труби, холодно- і теплодеформовані, а також мідні при тиску до 10 МПа.

Трубопроводи, крім навантажень від дії тиску, вібрації і температури, підлягають додатковим навантаженням внаслідок монтажних напруг, що виникають у результаті виробничих відхилень від норм точності виготовлення труб, а також точності розташування місць їхньої установки, тому зібрану гідромережу необхідно випробувати на міцність під пробним тиском рідини, прийнятим рівним                   р _вип > 1,5 р _ном, і перевірити герметичність усіх з'єднань при максимальному тиску.

Розрахунок трубопроводів роблять, виходячи з об'ємної чи масової витрати рідини через живий переріз каналу. Відповідно до цього Q = fV;   М= fVρ, де Q і М - об'ємна і масова витрата рідини; ρ - щільність рідини; V - швидкість плину рідини; f - площа перерізу.

При виборі швидкості плину рідини керуються тим, що підвищення її приводить до збільшення опору і відповідно втрати потужності, а зниження - до збільшення питомої металоємності трубопроводів і арматури.

На підставі практики можна рекомендувати для трубопроводів напірних магістралей швидкості плину рідини в залежності від тиску, наведені в табл. 3.4.

Таблиця 3.4. Рекомендована швидкість плину робочої рідини в напірних магістралях.

р, МПа	5	10	150	200
V, м/с	3,0	4,5	5,5	6,0

 

Для усмоктувальних трубопроводів швидкість рідини вибирається 0,5 - 1,5 м/с, причому менше значення приймають для трубопроводів малого (10-20 мм) перерізу. Швидкість рідини в трубопроводах зливальних магістралей звичайно обмежують 2...2,5 м/с.

Розрахунок на поздовжній розрив прямих тонкостінних трубопроводів може бути зроблений за формулою

.                       (3.77)σ

де [ σ_р ] - допустиме напруження матеріалу трубопроводу при розтяганні (по колу), для стальних трубопроводів [ σ _р] = 100...180 МН/м², для труб з кольорових металів і сплавів [ σ _р] = 80... 100 МН/м²; р _max - максимальний тиск рідини, кг/см²; d і δ - зовнішній діаметр і товщина стінки труби, см.

Під тонкостінними розуміють трубопроводи, в яких задовольняється така умова: i = d / δ ≤16, d / d _вн≤1,7, де d _вн- внутрішній діаметр перерізу трубопроводу.

Товщину стінки обчислюють за формулою

.                   (3.78)

де m = 0,3 - відхилення по діаметру трубопроводу, мм; п = 0,9 - коефіцієнт, враховуючий відхилення по товщині стінки трубопроводу.

Для розрахунку товстостінного трубопроводу (і > 16)

         (3.79)

Мінімальна товщина стінки для цього трубопроводу

            (3.80)

З'єднання окремих трубопроводів між собою і з гідроагрегатами бувають різьбовими, фланцевими, швидкороз'ємними, за допомогою гнучких рукавів та інші. Нарізні сполучення поділяють на з'єднання по зовнішньому конусу і на з'єднання по внутрішньому конусу з ущільнювальними гумовими кільцями. Фланцеві з'єднання трубопроводів застосовують, як правило, для труб діаметром d > 40 мм.

У сільськогосподарському машинобудуванні використовують трубопровідну арматуру з шароподібним ніпелем і штуцером з кутом і конуса 60°. Гідравлічна трубопровідна арматура обіймає: гідроарматуру сполучення лінійну і кутову, муфти запірні й розривні, клапани уповільнюючі, сапуни, рукава середнього і високого тиску, заглушки захисні.

Запірні муфти призначені для автоматичного запираннязаповнених маслом порожнин гідравлічних агрегатів і шлангів (гнучких рукавів), що раптово від'єднуються від напірних гідроліній.

Розривні муфти призначені для автоматичного роз'єднання і запирання шлангів при виникненні аварійних розтяжних зусиль.

Клапани уповільнюючі забезпечують вільний пропуск робочої рідини в одному напрямку і дроселюють її при русі у зворотному напрямку.

Рукава середнього і високого тиску застосовують для з'єднання труб, осі яких не збігаються, чи для з'єднання гідроагрегатів, що мають значні відносні переміщення щодо трубопроводу чи щодо один одного.

Для надійного ущільнення всіх рухливих і нерухливих елементів гідроапаратів і гідравлічної трубопровідної арматури широко використовують ущільнення у вигляді кілець круглого перерізу й манжет.

Гумові кільця круглого перерізу нескладні за конструкцією і надійні в експлуатації. Вони призначені для ущільнення деталей нерухливих і рухливих з'єднань зі зворотно-поступальним переміщенням зі швидкістю до 0,3 м/с при тиску до 20 МПа, у діапазоні температур від-50 до 100 °С.

Манжети гумові зменшеного перерізу призначені для ущільнення поршнів і штоків гідроциліндрів різних гідравлічних пристроїв, що працюють при тиску до 10 МПа, а із застосуванням у манжеті захисних кілець - при тиску до 50 МПа, зі швидкістю зворотнопоступального руху до 0,5 м/с.

Для ущільнення обертових валів гідромашин призначені манжети гумові армовані. Ці манжети застосовують в умовах, коли швидкість переміщення валів досягає V < 20 м/с, а температура в місці контакту манжети з валом - від 45 до 150 °С й надлишковому тиску до 0,05 МПа.

Робочі рідини

Розробляючи машини й апарати, доводиться зустрічатися з проблемою вибору робочої рідини, що в гідроприводах в основному виконує функції робочого тіла. Крім того, робоча рідина є мастильним і охолоджуючим агентом пар тертя, середовищем, що видаляє з пар тертя продукти зносу й запобігає їхній корозії.

У деяких типах гідросистем рідина виконує основну функцію, але не є робочим тілом.

У системах змащення рідини називають маслами; у системах охолодження - охолоджуючими чи мастильно-охолоджуючими рідинами (МОР); у гідроприводах гальм - гальмовими рідинами.

Гідравлічні масла (гідравлічні рідини для гідравлічних систем) поділяють на нафтові, синтетичні і водно-гликолеві. За призначенням їх поділяють відповідно до сфери застосування:

- для мобільної наземної, авіа-, річкової й морської техніки;

- для гідрогальмових і амортизаційних пристроїв різних машин;

- для гідроприводів, гідропередач і циркуляційних масляних систем різних агрегатів, машин, механізмів, складових устаткування різних підприємств.

Основна функція робочих рідин,для гідроприводів – передача механічної енергії від її джерела до місця використання зі зміною значення чи напрямку прикладеної сили.

Гідропривод не може діяти без рідкого робочого середовища, що є необхідним конструкційним елементом будь-якої гідравлічної системи. У постійному вдосконалюванні конструкції гідроприводів відзначаються такі тенденції:

- підвищення робочих тисків і зв'язане з цим розширення верхніх температурних меж експлуатації робочих рідин;

- зменшення загальної маси привода або збільшення відношення переданої потужності до маси, що обумовлює більш інтенсивну експлуатацію робочої рідини;

- зменшення робочих зазорів між деталями робочих органів, що посилює вимоги до чистоти робочої рідини.                 

З метою задоволення вимог, продиктованих зазначеними тенденціями розвитку гідроприводів, сучасні робочі рідини (гідравлічні масла) повинні мати визначені характеристики:

- оптимальний рівень в'язкості і гарні в'язкісно-температурні, властивості в широкому діапазоні температур, тобто високий індекс в'язкості;

- відрізнятися високим антиокисним потенціалом, а також термічною і хімічною стабільністю, що забезпечує тривалу беззмінну роботу рідини в гідросистемі;                         

- захищати деталі гідропривода від корозії;                     

- мати гарну фільтраційність;

- мати необхідні деаеруючі, деемульгуючі й антипінні властивості;

- охороняти деталі гідросистеми від зносу;

- бути сумісними з матеріалами гідросистеми.

Більшість масових сортів гідравлічних масел виробляють на основі добре очищених базових масел, одержуваних з рядових нафтових фракцій з використанням сучасних технологічних процесів екстракційного і гідрокаталітичного очищення.

Фізико-хімічні й експлуатаційні властивості сучасних гідравлічних масел значно поліпшуються при введенні в них функціональних присадок - антиокисних, антикорозійних, протизносних, антипінних, в'язкісно-температурних та ін.

У складі гідравлічних масел украй небажана наявність механічних домішок і води. Унаслідок дуже малих зазорів робочих пар гідросистем (особливо оснащених аксіально-поршневими механізмами) наявність забруднень може призвести не тільки до зносу елементів гідроустаткування, але і до заклинювання деталей. Для очищення робочої рідини від забруднень у гідросистемах застосовують фільтри різних типів. Навіть незначна кількість (0,05...0,1%) води негативно впливає на роботу гідросистем. Вода, що потрапляє в гідросистему в процесі експлуатації, прискорює процес окислювання робочої рідини, викликає гідроліз гідролітичне нестабільних компонентів масла (зокрема присадок-солей металів). Продукти гідролізу присадок викликають електрохімічну корозію металів гідросистеми. Вода сприяє утворенню шламу неорганічного й органічного походження, що забиває фільтри й зазори устаткування, тим самим порушуючи роботу гідросистеми.

Система позначення гідравлічних масел. Прийнята у світі класифікація мінеральних гідравлічних масел заснована на їхній в'язкості й наявності присадок, що забезпечують необхідний рівень експлуатаційних властивостей. Позначення вітчизняних гідравлічних масел складається з груп знаків, перша з який позначається буквами МГ (мінеральне гідравлічне), друга - цифрами і характеризує клас кінематичної в'язкості, третя - буквами й указує на приналежність масла до групи експлуатаційних властивостей. За ДСТУ 17479.3-85 (аналогічно міжнародному стандарту 180 3448) гідравлічні масла за значенням в'язкості при 40 °С поділяються на 10 класів (табл. 3.5).

У залежності від експлуатаційних властивостей і складу (наявності відповідних функціональних присадок) гідравлічні масла поділяють на групи А, Б і В.

Група А (група НН за ISO) - нафтові масла без присадок, які застосовуються в малонавантажених гідросистемах із шестеренними чи поршневими насосами, що працюють при тиску до 15 МПа і максимальній температурі до 80 °С.

Група Б (група НL за ISO) - масла з антиоксидними, антикорозійними присадками. Призначені для середньонавантажених гідросистем з різними насосами, що працюють при тисках до 25 МПа і температурі масла понад 80 °С.

Група В (група НМ за ISO) - добре очищені масла з антиоксидними, антикорозійними і протизносними присадками. Призначені для гідросистем, що працюють при тиску понад 25 МПа і температурі масла понад 90 °С.

Таблиця 3.5. Класи в'язкості гідравлічних масел

Клас в’язкості	Кінематична в’язкість при 40^оС, мм^2/с	Клас в’язкості	Кінематична в’язкість при 40^оС, мм^2/с
1	2	3	4
5	4,14-5,06	32	28,80-35,20
7	6,12-7,48	46	41,40-50,60
10	9,00-11,00	68	61,20-74,80
15	13,50-16,50	100	90,00-110,00
22	19,802-24,20	150	135,00-165,00

У маслах всіх зазначених груп можуть бути введені загущуючи (в'язкісні) і антипінні присадки.

Загущені в'язкісними полімерними присадками гідравлічні масла відповідають групі НV за ISO 6743/4.

У табл. 3.6 наведене позначення гідравлічних масел. Крім чисто гідравлічних масел включені масла марок А, Р, МГТ, віднесені до категорії трансмісійних масел для гідромеханічних передач. Однак завдяки високому індексу в'язкості, гарним низькотемпературним і експлуатаційним властивостям і через відсутність гідравлічних масел такого рівня в'язкості вони також використовуються в гідрооб'ємних передачах і гідросистемах навісного устаткування наземної техніки.

Деякі давно розроблені гідравлічні масла, що випускаються, за значенням в'язкості не жорстко відповідають класу за класифікацією, позначеною ДСТУ 17479.3-85, а займають проміжне положення. Наприклад, масло МГТ-50 має в'язкість при 40 °С 17-18мм²/с, знаходиться в ряді класифікації між 15 і 22 класами в'язкості.

За в'язкісними властивостями гідравлічні масла умовно поділяються на такі:

- малов'язкі - класи в'язкості з 5 до 15;

- середньов'язкі - класи в'язкості 22 і 32;

- в'язкі - класи в'язкості з 46 до 150.

 

Таблиця 3.6. Умовне позначення гідравлічних масел

Умовне позначення	Товарна марка	Умовне позначення	Товарна марка
1	2	3	4
МГ-5-Б	МГЕ-4А, ЛЗ-МГ-2	МГ-22-В	Р
МГ-7-Б	МГ-7-Б, РМ	МГ-32-А	ЭШ
МГ-10-Б	МГ-10-Б, РМЦ	МГ-32-В	А, МГТ
МГ-15-Б	АМГ-10	МГ-46-В	МГЕ-46В
МГ-15В	МГЕ-ЮА, ВМГЗ	МГ-68-В	МГ-8А-(М8-А)
МГ-22-А	АУ	МГ-100-Б	ГЖД-14с
МГ-22-Б	АУП

Гальмові й амортизаційні рідини є особливою групою рідких робочих середовищ для гідравлічних систем. Перші з них використовують як робочу рідину гідропривода гальмової системи автомобіля й у ходових системах сільськогосподарської техніки, другі - як рідке середовище в телескопічних і важільно-кулачкових амортизаторах автомобілів, а також у телескопічних стійках.

Основне призначення гальмової рідини - передача енергії від головного гальмового циліндра до колісних циліндрів, що притискають гальмові накладки до гальмових дисків чи барабанів.

Робочий тиск у гідроприводі гальм досягає 10 МПа, а температура гальмової рідини в дискових гальмах піднімається до 150 — 190 °С. У результаті постійних коливань температури в гальмову систему через гумові ущільнення проникає атмосферна волога. При цьому гальмова рідина "зволожується", і відповідно знижується її температура кипіння.

Якщо в процесі експлуатації температура кипіння гальмової рідини стає нижче 150 °С, то при високих швидкостях руху й інтенсивних гальмуваннях створюється небезпека її "закипання". При цьому в рідині виділяються пухирці газу і пари, утворюються парові пробки, Що може призвести до відмовлення гальм і можливості аварії.

Температура кипіння гальмової рідини - найважливіший показник, який визначає граничне припустиму робочу температуру гідропривода гальм.

При експлуатації, внаслідок обводнювання, температура кипіння гальмової рідини неминуче знижується, тому поряд з температурою кипіння "сухої"' гальмової рідини визначають температуру кипіння "зволоженої"" рідини, що містить 3,5% води.

Температура кипіння "зволоженої"" рідини побічно характеризус температуру, при якій рідина буде "закипати" через 1,5 - 2 роки її роботи в гідроприводі гальм автомобіля.

В останні роки основним напрямком у поліпшенні якості гальмових рідин було збільшення температури кипіння, особливо у "зволоженому" стані.

Гальмові рідини повинні мати гарні в'язкісно-температурні характеристики, антикорозійні, змащувальні властивості, достатню сумісність з гумовими ущільнювачами, стабільність при високих і низьких температурах.

Сучасні гальмові рідини являють собою суміші різних ефірів з низькомолекулярними полімерами з додаванням антикорозійних і антиокисних присадок.

Гальмова рідина "Нева" працездатна при температурі навколишнього повітря - (-40...+45 °С). Застосовують її у гідроприводі гальм і зчеплень старих моделей вантажних і легкових автомобілів (випуску до 1985 р.). Строк служби - не більше одного року.

Гальмова рідина "Томь" має кращі експлуатаційні властивості, ніж "Нева", більш високу температуру кипіння. Сумісна з "Невою" при змішуванні в будь-яких співвідношеннях.

Працездатна при температурі навколишнього повітря - (-40...+45 °С). Застосовують у гідроприводі гальм і зчеплень усіх моделей вантажних і легкових автомобілів, за винятком передньоприводних автомобілів ВАЗ. Термін служби рідини "Томь" - 2 роки.

Гальмові рідини "Роса", "Роса-3" і "РосаДОТ-4" - високотемпературні рідини, що представляють собою композиції на основі бороутримуючих поліефірів, містять антиокисні й антикорозійні присадки.

Рідини "Роса" і "Роса-3" відрізняються від рідини "Роса ДОТ-4" наявністю в їхньому складі різних пластифікаторів, однак через відсутність сировини ці марки практично не випускають. Рідини мають високі значення температури кипіння (260 °С) і температури кипіння "зволоженої"" рідини (165 °С). Працездатні в діапазоні температур навколишнього повітря - (-40...+45 °С). Застосовуються в гальмових системах сучасних вантажних і легкових автомобілів, у тому числі передньоприводних автомобілів ВАЗ. Сумісні з гальмовими рідинами "Томь" і "Нева" у будь-яких співвідношеннях. Термін служби - 3 роки.                   

Гальмова рідина БСК - суміш рівних частин касторової олії і бутанолу. За рахунок органічного барвника пофарбована в помаранчево-червоний колір. Працездатна при температурі навколишнього повітря - (-20...+30 °С). Застосовують у гідроприводі гальм і зчеплень старих моделей вантажних і легкових автомобілів, за винятком автомобілів ВАЗ.

Амортизаційні рідини є робочим середовищем у гідравлічних амортизаторах важільно-кулачкового і телескопічного типу, а також у телескопічних стійках.

Основним показником амортизаційних рідин є кінематична в'язкість при позитивних і негативних температурах. Так, при температурі -20 °С в'язкість не повинна перевищувати 800 мм3/с. При більш високій в'язкості робота амортизаторів різко погіршується, і відбувається блокування підвіски.

Амортизаційні рідини повинні володіти гарними змащувальними властивостями, забезпечуючи достатню зносостійкість амортизаторів, не повинні бути схильні до ціноутворення, тому що це знижує енергоємність амортизатора і порушує умови змащення пар тертя.

Також важливими характеристиками амортизаційних рідин є стабільність проти окислювання, механічна стабільність, випаровуваність і сумісність з гумовими ущільнювачами.

Амортизаційні рідини являють собою малов'язку нафтову основу, що містить, як правило, в'язкісну, депресорну, антиокисну, протизносну, диспергуючу й антипінну присадки.

Випускають кілька марок амортизаційних рідин: АЖ-12Т, ГРЖ-12 і МГП-12 (під торговою маркою "Славол-Аж").