3.3. Гидролинии

Гидравлической линией называют устройство, предназначен­ное для прохождения рабочей жидкости от одного элемента к другому в процессе работы гидропривода. Конструктивно гидро­линии состоят из трубопроводов, рукавов, каналов и соединений.

Трубопроводы соединяют отдельные агрегаты в единую гид­равлическую систему. По ним циркулирует поток жидкости, пере­дающий энергию от источников давления к потребителям.

По назначению трубопроводы гидравлической системы подраз­деляют на всасывающие, напорные и сливные. Скорость течения жидкости во всасывающих трубопроводах для обеспечения беска-витационных режимов работы насоса не должна превышать 1,5 м/с.

В напорных и сливных магистралях скорость течения может составлять 7,0...10,0 м/с. Выбор материала и толщины стенок тру­бопровода зависит от рабочего давления, при котором работает данный участок гидромагистрали.

Напорные трубопроводы постоянно или периодически подвер­гаются действию высокого давления, действию динамических на­грузок, вызванных пульсацией давления, гидравлическими удара­ми и вибрациями. Особенно разрушительными являются колеба­ния "давления, вызванные кавитационными режимами работы на­сосов.

Напорные трубопроводы изготавливают из нержавеющей ста­ли 1Х18Н9Т или сплавов титана, всасывающие и сливные трубо­проводы — из нержавеющих сталей и алюминиевых сплавов (сплав АМгМ).

Присоединение концов труб к элементам гидропривода, а также к другим трубам осуществляют различными фитингами. Для получения резкого изгиба магистрали применяют угловые фитинги. Тройники и крестообразные фитинги служат для подсоединения трубы к какой-либо магистрали. Для соединения труб разного диаметра используют переходные фитинги.

В зависимости от условий работы труб применяют различны способы их соединения с фитингами.

Тонкостенные трубы для средних давлений подсоединяются фитингу с помощью развальцовки, как показано на рис. 3.7, а Развальцованная труба 2 гайкой 3 с помощью опорной втулки (ниппеля) / прижимается к конусу фитинга 4. Угол конуса раз вальцованной части трубы принято делать равным 74°. ,|

Для исключения развальцовки толстостенных труб, используемых при высоких давлениях, применяют соединение, изображенное на рис. 3.7, в. Труба 3 обжимается кольцом 2 под действие* сил со стороны гайки 4 вследствие конусности в фитинге /. Уплотнение стыка получается в результате того, что кольцо 2 врезаете в материал трубы 3. Подобные соединения применяют при давлениях до 100 МПа.

Для соединения труб большого диаметра и труб, часто подвергающихся демонтажу и работающих на давлениях 30 ... 40 МПа?

Рис. 3.7. Соединение трубопроводов по наружному (а) и внутрен­нему (б) конусу и за счет пластической деформации толстостенной трубы.

применяют сферическое соединение, схема которого изобра­жена на рис. 3.7, б. Герметичность этого соединения обеспечи­вается контактом сферической поверхности ниппеля 4 с коничес­кой поверхностью фитинга 1 за счет усилия, создаваемого гай­кой 2. Основным достоинством такого соединения является воз­можность некоторого перекоса трубы 3 относительно фитинга 1. Плотный контакт трубы 3 с ниппелем 4 достигается либо свар­кой этих деталей, либо развальцовкой трубы в ниппеле.

Трубопроводы являются одним из основных компонентов са­молетных гидросистем. Их масса может составлять 1/3 полной массы системы. Протяженность трубопроводов сокращают пане-лированием агрегатов и применением блочных конструкций. Гид­равлические блочные системы широко используют в конструкциях вертолетов, а также в автономных системах питания рулевых при­водов.

Трубопроводы гидравлических систем в эксплуатации нагру­жаются пульсирующим давлением жидкости по сложным асим­метричным циклам. В связи с этим точный расчет трубопроводов на прочность представляет известную сложность. Поэтому трубо­проводы, как правило, рассчитывают только на статическую проч­ность от действия внутреннего давления жидкости.

Напряжения растяжения от внутреннего давления, действую­щие перпендикулярно образующей, рассчитывают как напряже­ния в тонкостенном цилиндрическом сосуде по формуле

, (3.1)

где и —фактическое и допускаемое напряжение; р — мак­симальное статическое давление рабочей жидкости; — внутрен­ний диаметр трубопровода; — толщина стенки трубы.

Формула (3.1) предполагает равномерное распределение дав­лений по толщине стенки трубы, что справедливо лишь для тон­костенных оболочек. Толстостенные трубы рассчитывают по фор­муле Лямэ:

,

где — наружный и внутренний радиусы трубы.

Пользуясь способами разложения в ряд выражений вида где х — малая величина по сравнению с едини­цей, можно привести формулу Лямэ к виду, удобному для вычис­лений:

Пренебрегая значением получают:

Повторяя вычисления для наружного радиуса трубы, рассчитывают (3.2)

В эксплуатации возможны два вида разрушений трубопроводов: разрушения в виде трещин, идущих вдоль образующей, и разрушения в виде трещин, идущих по окружности. Первый вид разрушений возникает от действия внутреннего давления, рабочей жидкости, второй — от действия изгибных напряжений в плоскости оси трубопровода.

Формулы (3.1), (3.2) применяются также для расчета стеной цилиндрических баков и аккумуляторов.

Толщину плоского донышка цилиндра можно определить по формуле ,

сферического донышка: .

Толщину стенки для сферического аккумулятора или баллона вычисляют по формуле

.

Допускаемые напряжения назначают с учетом коэффициента, запаса прочности n = 4,0 для гидроаккумуляторов и n = 2,5— для трубопроводов . Механические свойства металлов, применяемых для изготовления трубопроводов и сосудов, работающих под давлением, при­ведены в табл. 3.3. На долю разрушений трубопроводов высокого давления жидко­стных систем приходится значительное количество отказов. Разрушения в виде усталостных трещин возникают в местах развальцовки труб, овализации сечений и различных дефектов поверхности.

В производстве трубопроводов овальность более 5 % является недопустимой, на поверхности труб не допускаются следы корро­ зии, глубокие риски и забоины. [

Механические свойства металлов

Таблица 3.3

Марка металла	1Х18Н9Т	АМцМ	АМгМ	ЗОХСА
Изделие	Трубы, баки	Баки	Трубы	Цилиндры, аккумуля­торы
Предел прочности , МПа	560	130	200	1100

Методические указания

При изучении кондиционеров рабочих жидкостей следует обра­тить внимание на способы и средства очистки, применяемые на ВС и в наземном оборудовании авиационной техники, знать за­висимость между тонкостью очистки жидкости, гидравлическим сопротивлением и стоимостью фильтрующих материалов. Необхо­димо иметь представление о классах чистоты рабочих жидкостей.

Резервные гидробаки жидкостных систем ВС компенсируют изменение объема при срабатывании потребителей, нагреве жидкости и одновременно отводят от жидкости избыточное тепло, жидкость в них отстаивается от пузырьков свободного газа. Уплотнения являются одним из наиболее уязвимых элементов жидкостно-газовых систем ВС. Ознакомление с основными типа­ми уплотнений и с методами нормирования и расчета утечек поз­воляет составить представление о достоинствах и назначении раз­личных способов герметизации систем.

Важно уметь выполнять расчеты на прочность трубопроводов и их соединений, работающих под внутренним давлением, и опре­делять причины их разрушений в условиях работы при вибрациях конструкции ВС и колебаниях внутреннего давления.

Литература: [1, с. 410—417]; [3, с. 150—214].