Гидравлические аккумуляторы и мультипликаторы
Гидравлическим аккумулятором называется устройство, предназначенное для накапливания энергии рабочей жидкости, находящейся под избыточным давлением, с целью последующего использования ее в гидроприводе. Применение аккумулятора позволяет существенно повысит эффективность гидропривода в различных режимах его работы. При этом аккумуляторы могут выполнять разнообразные функции:
а) служить дополнительным источником энергии, накапливая ее в периоды пауз в потреблении жидкости исполнительными двигателями гидропривода и возвращая ее в систему при максимальных расходах, что снижает требуемую мощность и подачу насосов, при этом применение аккумулятора особенно рационально в гидросистемах с большими пиками расхода энергии;
б) служить в качестве источника аварийного питания отдельных участков или всей гидросистемы или питания объектов, находящихся под давлением при отсутствии в них расхода, например в системах шагающих и тормозных гидравлических механизмов;
в) сглаживать пульсации давления жидкости, вызванные работой насосов, срабатыванием средств управления, характером нагрузок, гидравлическими ударами в магистралях.
Общая схема включения аккумулятора в гидросистему приведена на рис. 153. Принцип действия аккумулятора аналогичен действию маховика или пружины в механической системе. В зависимости от механизма накопления и возврата потенциальной энергии различают гидроаккумуляторы грузовые, пружинные, пневматические (газовые). В гидроприводе горных машин применяются пневматические аккумуляторы и реже, при малых объемах и низких давлениях, пружинные.
Для предохранения жидкости и газа от непосредственногоконтакта, при котором возможно растворение газа в жидкости,применяют поршни, резиновые диафрагмы или баллоны. В соответствии с этим различают аккумуляторы поршневые, диафрагменные и баллонные. Применение аккумулятора позволяет существенно повысит эффективность гидропривода в различных режимах его работы. При этом аккумуляторы могут выполнять разнообразные функции.
Рис. 153. Схема включения аккумулятора в гидросистему
Для предохранения жидкости и газа от непосредственного контакта, при котором возможно растворение газа в жидкости, применяют поршни, резиновые диафрагмы или баллоны. В соответствии с этим различают аккумуляторы поршневые, диафрагменные и баллонные.
Для поршневых аккумуляторов (рис. 155, а) характерны повышенные силы трения, инерционность поршня, сравнительно большой вес и габариты, а также малая надежность уплотнения, особенно в условиях низких температур (при работе в условиях карьера), поэтому они имеют ограниченное применение в гидроприводе горных машин. Более совершенными являются мембранные (рис. 155, б) и баллонные аккумуляторы (рис. 155, б) с разделителями в виде эластичных мембран и баллона.
Рис. 155. Схемы гидропневматических аккумуляторов
Так как сопротивление деформации диафрагмы незначительно, эти аккумуляторы практически безынерционны. Чтобы предотвратить повреждение диафрагмы в результаты ее выдавливания в расходное отверстие при полной разрядке аккумулятора, предусматривают клапан или утолщение диафрагмы. Аккумуляторы шарового типа отличаются компактностью и более высокой прочностью, чем цилиндрические и баллонные. Типовая конструкция шарового гидроаккумулятора приведена на рис. 156. Наибольшее рабочее давление 22 МПа, полный объем 2,50 м3, масса 30,9 кг.
Очистка рабочей жидкости
В рабочей жидкости с течением времени появляются загрязнения, состоящие из продуктов износа деталей гидропривода, продуктов ее окисления и посторонних частиц, попадающих в гидросистему из окружающей среды. Различают две стадии загрязнения рабочей жидкости: начальную, когда рабочая жидкость загрязняется в процессе сборки гидроэлементов на заводе или при монтаже и ремонте в результате плохой промывки деталей, и эксплуатационную, когда рабочая жидкость загрязняется в процессе работы гидропривода в результате износа и коррозии деталей, а также проникания атмосферной пыли через неплотности в баке.
Продукты загрязнения существенно ухудшают режим смазки, что ведет к возрастанию износа элементов гидропривода, снижению его КПД, потере герметичности, а также может явиться причиной заклинивания элементов управления гидроприводом. Поэтому требуется непрерывная и тонкая очистка рабочей жидкости гидропривода. Существующие способы очистки рабочей жидкости основаны на пропускании ее через пористые материалы или через силовые магнитные поля. Процесс очистки называют фильтрованием, а применяемые при этом устройства очистки - фильтрами.
Практически фильтрацию считают удовлетворительной, если размер капиллярных каналов фильтрующего материала не превышает наименьшего зазора в скользящих парах гидро устройства, для которого предназначен фильтр. Обычно размер механических частиц в отфильтрованной жидкости не должен превышать 1 – 3 мкм. Фильтры из пористых материалов благодаря простоте конструкции и относительно низкой стоимости применяются значительно шире, чем силовые очистители с использованием магнитных или центробежных фильтров. Пористые фильтры по способу удержания загрязняющих частиц делятся на поверхностные и глубинные. Поверхностные фильтры задерживают твердые частицы лишь на поверхности фильтрующих элементов. К ним относятся различные сетки, ткани, бумага и др. В глубинных фильтрах жидкость проходит через толщу материала (пористый металл, керамика, минеральная вата и др.). Благодаря большой площади фильтрования глубинные фильтры имеют больший срок службы, чем поверхностные.
По качеству очистки фильтры делятся на фильтры тонкой и грубой очистки. Фильтрами тонкой очистки принято считать такие, которые удерживают частицы размером меньше 10 мкм. Фильтрами грубой очистки считаются такие, которые удерживают частицы крупнее 12 - 15 мкм. Основное назначение фильтров грубой очистки - предотвратить попадание в гидроагрегаты крупных частиц, которые могут случайно попасть в жидкость.
Фильтрующие элементы грубой очистки обычно изготовляют из металлических сеток, а элементы тонкой очистки - из фильтровальной бумаги. В практике применяют комбинированные фильтры, состоящие из фильтров тонкой и грубой очистки.
Применяют две схемы фильтрации: последовательную и параллельную. В первом случае фильтруется весь поток жидкости, поэтому фильтр должен быть рассчитан на полный расход жидкости, участвующей в циркуляции. Во - втором случае фильтруется только часть потока, поступающего к ответственному гидроаппарату, или весь поток разветвляется на две части, одна из которых проходит через фильтры грубой очистки, а другая - через фильтры тонкой очистки. Обычно это последовательно приводит к тонкой очистке всего объема циркулирующей в системе жидкости. Последовательная схема фильтрации применяется чаще, чем параллельная. При этом возможны следующие варианты расположения фильтров: на всасывающей линии насоса, на линии нагнетания, на сливной магистрали. Установка фильтра на всасывающей магистрали (рис. 160, а) защищает насос, который является наиболее чувствительным к загрязнению жидкости, однако фильтр увеличивает сопротивление всасывающей линии, что ухудшает условия работы насоса и заполнения его жидкостью.
В связи с этим такая схема допускает установку только фильтров грубой очистки. При установке фильтра на линии нагнетания (рис. 160, б) допускаются более высокие сопротивления фильтров. В этом случае предохраняются от загрязнения, в том числе и от продуктов износа насоса, все агрегаты гидросистемы, кроме насоса, а фильтр будет находиться под рабочим давлением, что усложняет его конструкцию. При этом большая часть серийных фильтров не рассчитана на высокое давление и не может быть применена в этой схеме. В этом случае необходимо параллельно фильтру устанавливать шунтирующую магистраль с подпорным клапаном, при открытии которого рабочая жидкость поступает в напорную магистраль, минуя фильтр, или устанавливать фильтр, имеющий схему, приведенную на рис. 159. Установка фильтра на сливной линии (рис. 160, в) хотя непосредственно и не предохраняет гидроагрегаты от загрязняющих частиц, имеет преимущества перед первыми двумя схемами, основными из которых являются: продукты загрязнения, поступающие из гидросистемы, задерживаются перед баком, что обеспечивает питание насоса и всех гидроагрегатов очищенной рабочей жидкостью; фильтр не препятствует всасыванию и не находится под рабочим давлением, что позволяет применять серийно изготовляемые средства очистки; кроме того, через фильтр проходит жидкость также в период разгрузки насоса, что очень важно, например, для гидропривода механизированных крепей. Такая схема фильтрации получила наибольшее применение в гидроприводах горных машин. Фильтр также может быть установлен в напорной магистрали подпиточного насоса. В ряде случаев параллельно фильтру устанавливают подпорный клапан (см. рис. 160, в), что позволяет частично или полностью разгружать фильтр при загрязнении, а также применять фильтры тонкой очистки.
Надежность эксплуатации любой схемы фильтрования жидкости зависит от конструктивных особенностей фильтра и устройств, контролирующих работу процесса фильтрования. Конструкция фильтра должна обеспечивать замену фильтрующего элемента без демонтажа фильтра и слива жидкости. Обычно это достигается применением на фильтрах автоматически блокирующих устройств, запирающих жидкость в системе при замене фильтрующих элементов. Для контроля уровня загрязненности фильтра применяются приборы, принцип действия которых основан на повышении перепада давления при засорении фильтра. Такие приборы, снабженные сигнальными устройствами, могут предотвратить разрушение фильтровального материала и попадание его продуктов износа в гидросистему, что создает аварийную ситуацию.В последнее время применяются силовые очистители.
По принципу работы силовые очистители делятся на элек-трогидроочистители, магнитные, центробежные и вибрационные очистители. Работа электрогидроочистителей основана на притяжении к электродам частиц, заряжающихся в результате трения о жидкость. Работа магнитных очистителей основана на притяжении ферромагнитных частиц магнитом, установленным на пути движения жидкости. В вибрационных очистителях под действием поля колебаний происходит соединение мелких частиц в более крупные, в результате чего последние выпадают в виде осадка.В центробежных очистителях благодаря вращению ротора частицы с большей плотностью, чем рабочая жидкость, двигаются под действием центробежных сил к стенкам очистителя и осаждаются на них. К силовым очистителям могут быть отнесены и отстойники, в которых жидкость очищается только от частиц, плотность которых больше плотности очищаемой жидкости.
На рис. 161 приведена схема фильтрации жидкости, применяемая в насосной станции механизированных крепей. Система фильтрации обеспечивает тонкость фильтрации до 200 мкм на сливе и в напорной магистрали до 40 мкм.
Уплотнение соединений гидропривода
Уплотнениями называются устройства, предназначенные для предотвращения утечки жидкости через зазоры между элементами гидравлических устройств. Для уплотняемых узлов гидропривода допускаются только такие утечки и перетечки, которые практически не влияют на характеристики гидропривода. На практике уплотнения считают герметичными, если после длительной работы утечка в них не обнаруживается визуально.
Уплотнения являются важнейшими элементами гидропривода. Они определяют пределы допустимых рабочих давлений и скоростей, надежность и ресурс работы гидроагрегатов и качество их характеристик. Уплотнение достигается двумя путями: обеспечением малого зазора между поверхностями соединяемых деталей (бесконтактное уплотнение) и с помощью какого-либо эластичного материала, помещаемого между ними (контактное уплотнение). Бесконтактная герметизация требует трудоемких доводочных работ и применяется только в исключительных случаях. При контактном уплотнении в качестве уплотнительных элементов в основном используются резина и резиноподобные материалы. При выборе уплотнений основными критериями их качества,кроме герметичности, являются сила трения, износостойкость материала уплотнения и уплотняемых мест, экономичность, простота и удобство монтажа и технического обслуживания, а также совместимость с рабочими жидкостями.
Процесс герметизации резиновыми материалами производится внедрением сжатой резины в неровности контактируемых поверхностей, начального давления на уплотненных поверхностях и рабочего давления гидросистемы