гидропривод_мет_машин

Для м м - 3 , д м - 4 шт. С р е д н ю ю высоту h одной манжеты можно принять равной 4 мм в уплотнении с тремя манже ­ тами и h = 5 — 7 мм - в уплотнениях с четырьмя манжетами .

Сила трения Т для резинотканевых уплотнителей из шевронных

и - в штоковой) с учетом сил трения в уплотнительных узлах поршня и штока при установившемся движении определяется согласно уравнению

да жидкости, величина которого неизвестна, то в первом приближении при проведении ориентировочных расчетов можно принять

где - потери давления соответственно в золотнике и регулирующем гидроаппарате при номинальном расходе по паспортным данным этих аппаратов.

90

Кроме статического давления в полости гидроцилиндра и при­ соединенных к нему трубопроводах возможно явление резкого изменения

ния находится по фор-

муле Жуковского Н.Е.

7.5.Расчет толщины стенки гидроцилиндра

Врасчетной практике используются несколько различных фор­ мул для определения толщины стенки цилиндрических резервуаров и

трубопроводов. При ориентировочных расчетах толщина стенки гиль­ зы гидравлического цилиндра определяется по величине расчетного давления и допустимого напряжения на растяжение

Толщину стенки толстостенного цилиндра [4] определяю:

по формуле Ляме

9 1

где m - коэффициент запаса прочности (= 2 ... 3).

Длина гидроцилиндра в расчете на устойчивость определя­ ется при максимально выдвинутом штоке. При этом необходимо учесть размеры отдельных элементов цилиндра.

Рекомендуются следующие значения основного ряда (в скобках приведены значения дополнительного ряда) хода поршня или плунжера S (мм) : 4; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; (56); 63; (70); 80; (90); 100; (ПО); 125; (140); 160; (180); 200; (220); 250; (280); 320; (360); 400; (450); 500; (560); 630; (710); 800; (900); 1000; (1120); (1250; (1400); 1600; (1800); 2000; (2240); 2500; (2800); (3000); 3150; (3350); (3550); (3750); 4000; (4250); (4500); (4750); 5000; (5300); (5600); (6000); 6300; (6700); (7100); (7500); 8000; (8500); (9000); (9500).

Зная критическую силу, можно определить момент инерции J из следующего выражения:

где Е - модуль упругости; - длина продольного изгиба.

где к - коэффициент продольного изгиба (см. рис. 7.4);

- рассчетная длина ( при выдвинутом штоке).

Момент инерции штока цилиндра определяется по зависимости

Определив по данной зависимости диаметр штока, сравниваем его с ранее найденным размером.

8. УПЛОТНЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЦИЛИНДРОВ И

ПОДВИЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОПРИВОДОВ

8 Л . Конструкции узлов уплотнений

Уплотнения элементов гидроприводов представлены на рис. 8.1.

Вбольшинстве гидросистем применяются «мягкие» уплотнения

[6].В них уплотнение достигается прижатием к уплотняемым поверхно­ стям эластичного герметизирующего элемента - манжеты. Манжеты изго­ тавливают из кожи, резины, каучуков, пластмассовых материалов в ком­ бинации с тканями и другими материалами. Наибольшее распространение получили манжеты из резины, усиленные тканями, многие гидроэлемен­ ты импортной поставки имеют уплотнения из синтетических материалов, также усиленные тканями.

93

У - образные манжеты 5 (рис. 8.1, а, б) обладают упругостью от­ носительно друг друга. Регулировка затяжки манжет осуществляется подбором шайб 2 или при помощи пружинной подтяжки. Иногда приме­ няются шевронные манжеты 7 прямоугольного сечения (рис. 8.1, в) без распорных колец. Уплотнение подобными манжетами отличается высо­ кой надежностью. Для высоких давлений масла (140 МПа) на поршнях применяются уплотнительные манжеты, представленные на рис. 8.1, г. Жесткость манжеты 8 обеспечивается средним язычком, а герметичность

-боковыми упругими язычками. Для исключения выдавливания манжеты

взазор между поршнем и гильзой манжета устанавливается вместе с поршневым кольцом 9. Широкое распространение в неподвижных и реже

вподвижных соединениях получили кольца круглого сечения, которые надежно работают при давлениях до 50,0 МПа (рис. 8.1, к). Кольца 12 круглого сечения размещаются в прямоугольных или угловых канавках. Работает уплотнительное кольцо следующим образом. При подводе дав­ ления жидкости по одну из сторон кольца оно смещается к соответст­ вующей боковой стенке канавки в направлении действия давления и, де­ формируясь, создает плотный контакт по трем поверхностям. Уплотни­ тельное действие колец при нулевом давлении жидкости обеспечивается сжимающим усилием, создаваемым в материале кольца вследствие попе­ речного сжатия его при сборке.

Дтя предохранения уплотнительных колец от выдавливания в зазор применяются защитные кольца 13 (рис. 8.1, л) из материала более твердо­ го, чем материал уплотнительных колец. Они размещаются с одной или по обеим сторонам уплотнительного кольца. Наиболее приемлемым по механическим свойствам и устойчивости к жидкостям являются фторо­ пластовые защитные кольца и применяются они для давлений до 100 МПа. При более высоких давлениях применяют металлические защитные кольца. Однако нужно иметь в виду, что применение защитных колец увеличивает трение уплотнительного узла. Для обеспечения надежной работы уплотнения необходима качественная обработка поверхностей, с которыми контактирует уплотнительное кольцо. Высокой надежностью и работоспособностью обладают уплотнения чугунными поршневыми кольцами 14, но они используются в основном для уплотнения поршней (рис. 8.1 м) в металлургических манипуляторах при тяжелых условиях работы. Уплотнительные чугунные кольца применяются только в маслосистемах для давлений до 32 МПа при скорости движения поршня до 5 м/с. Конструкции и размеры колец приводятся в нормалях многих заво­ дов.

Следует заметить, что установка даже одного поршневого кольца обеспечивает удовлетворительную герметичность до 2,5 - 3,0 МПа. Твер-

94

дость готовых колец должна быть в пределах 21 ... 100 НВ. Годными считаются кольца, у которых разность значений твердости в трех разных точках не превышает 5 НВ. Проверяется также упругость кольца. Может применяется уплотнение резиновыми кольцами 10, 11 (рис. 8.1, з, и) пря­ моугольного сечения. В последнее время получают широкое распро­ странение кольца из фторопласта и текстолита.

Для обеспечения упругости колец применяют вспомогательные рези­ новые кольца или пружины. Применяемые конструкции стыков поршне­ вых колец, представлены на рис. 8.1, н. Как было сказано выше, в боль­ шинстве случаев в поршневых гидроцилиндрах применяются для уплот­ нений поршня резино-тканевые уплотнения, однако опыт эксплуатации гидропривода, ремонт которого связан с большим объемом демонтажа и монтажа различного оборудования и, следовательно, большими просто­ ями, показывает целесообразность применения поршневых гидроцилинд­ ров с поршневыми кольцами. Срок службы последних достигает 5-7 лет, они могут быть использованы на давление до 20 МПа.

8.2. Конструкция узлов уплотнения цилиндра

с использованием полимерных материалов

Повышенную эксплуатационную надежность силовых цилиндров обеспечивают опорно-уплотнительные узлы штока и поршня со специ­ ально разработанными элементами узлов уплотнений [1, 4, 7] . Для гер­ метизации штока используются комбинированные уплотнения 2 (рис. 8.2), каждое из которых содержит уплотнительное кольцо 11 пилообраз­ ного сечения из износостойкого материала - пластмассы, поджимаемое к поверхности штока резиновым кольцом 10 овального поперечного сече­ ния. Для исключения экструзии и защемления фрагментов кольца 11 в

зазор между поверхностью штока и расточкой в крышке корпуса гидроцилиндра устанавливается защитное кольцо 9 из жесткой и прочной антифрикционной пластмассы. Уплотнение 6 поршня комбинированное, состоит из пластмассового уплотнительного кольца и поджимаемого ре­ зинового кольца овального поперечного сечения. Для уплотнения поршня используется также грязесъемное кольцо 7 из пластмассы. Для защиты уплотнений штока от внешних загрязнений и ледяной корки, попадаю­ щих из окружающей среды при его выдвижении из гидроцилиндра, при­ меняется жесткий пластмассовый грязесъемник 1 со скребковым элемен­ том, отводящим загрязнения от штока на торец гидроцилиндра и предот­ вращающим попадание грязи и пыли внутрь гидроцилиндра и в рабочую жидкость.

Срок службы пластмассовых уплотнений существенно зависит от загрязненности рабочей жидкости и качества промывки полостей гидро­ цилиндра и трубопроводов после изготовления, Частицы загрязнений приводят не только к дефектам на рабочих поверхностях штока, поршня и корпуса цилиндра, но и к продольным царапинам на контактных поверх-

96

ностях уплотнений, резко снижающих их герметичность и приводящих к возникновению утечек.

Поэтому в соответствии с техническими требованиями класс чистоты рабочей жидкости в гидроцилиндрах должен быть до 12 класса. Для защиты пластмассовых и резиновых уплотнений штока и поршня широко используют грязесьемные губы на опорных кольцах, например на кольце 7, дополнительные грязепоглощающие опорные кольца 4 и 5 из фторопласта и магнитные ловушки 8 на поршне и крышках гидроцилинд­ ра. Их применение практически исключает отказы уплотнений, вызван­ ные попаданием в зону контакта частиц загрязнений из рабочей жидко­ сти.

Рис. 8.2. Опорно-уплотнительные узлы штока и

поршня силового цилиндра

•увеличение зазоров и эксцентриситетов в парах шток - крышка и поршень - гильза цилиндра;

•увеличение необходимой ширины опорных поверхностей (осо­ бенно при применении пластмасс с невысоким пределом текуче­ сти);

•снижение жесткости опор;

•значительное снижение несущей способности опорных колец и ползучесть под нагрузкой при повышении расчетной температу­ ры;

•возможность набухания опорных колец в рабочей жидкости с возможным увеличением трения при работе цилиндра;

•неспособность опор из обычных пластмасс (не сверхпрочных) воспринимать осевое давление рабочей жидкости от прилегаю­

щих к ним уплотнений.

Увеличение зазоров, эксцентриситетов и прогибов в опорных узлах штока и поршня крайне нежелательно, так как способствует перекосам штока в гидроцилиндре и, соответственно, увеличению на­ грузки. Зазоры более 0,3 мм приводят к стукам при реверсе нагрузки в опоре. Одновременно ухудшаются условия работы уплотнений и снижается запас прочности штока по продольному изгибу.

Для исключения передачи давления от уплотнений 2 и 6 на опор­ ные кольца соответственно 3, 4 и 5, 7 их обычно помещают в отдель­ ные канавки (см. рис. 8.2) с разделительным буртом, имеющим зазо­ ры И относительно поверхности штока или цилиндра. Значения

зазоров и должно быть достаточно большим, чтобы исключить

касание и возможный задир стальных поверхностей в процессе рабо­ ты опорных колец, но ограничивается условием антиэкструзионной стойкостью уплотнений. Для фторопластовых уплотнений при давле­ нии 40 МПа зазор не должен превышать 0,2 мм. Обеспечить такие значения на практике очень сложно, поэтому в эксплуатации чаще всего наблюдаются задиры рабочих поверхностей гидроцилиндров с последующим катастрофическим изнашиванием уплотнений или экс­ трузия уплотнений в зазоры. Для исключения таких отказов уплотне­ ний целесообразно использовать защитные кольца (уплотнение 6, см. рис. 8.2) из более жестких и прочных материалов.

98

9. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МОТОРЫ

9.1. Основные параметры и характеристики гидромоторов

Объёмные гидравлические моторы представляют собой машины предназначенные для преобразования энергии потока рабочей жидкости в энергию движения выходного звена. В гидромоторе рабочий процесс ос­ нован на попеременном заполнении рабочей камеры маслом и вытесне­ ния его из рабочей камеры. В металлургических машинах преимущест­ венно применяют аксиально-поршневые машины, например на МНЛЗ мартеновского цеха ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» при перемещении тележки-манипулятора промежуточного ковша.

Основными параметрами гидромоторов являются:

•рабочий объём (V0 );

•номинальный расход масла (i;

•давление на входе (Рв х .) и выходе (Рвых.) гидромотора;

•частота вращения (п);

•крутящий момент (М^,);

•мощность (N);

• общий КПД гидромотора ( - коэффициенты полез­ ного действия соответственно: гидравлический, объемный и механи­ ческий).

Промышленностью выпускается большая номенклатура гидро­ моторов для гидроприводов. Для правильного выбора необходимо иметь

следующие данные о режимах работы:

номинальное рабочее давление и время работы при этом давлении; номинальная частота вращения, максимальная и минимальная часто­ та вращения и время работы при данных частотах; величина расхода рабочей жидкости; крутящий момент, диапазон изменения крутящего момента;

долговечность при разных нагрузках (длительная нагрузка, работа с перегрузками и т.п.); требуемая чистота рабочей жидкости, чувствительность к работе на

рабочей жидкости с повышенной температурой; КПД при различных режимах работы; скорость и диапазон регулирования; наличие механизмов регулирования; шумовая характеристика;

простота обслуживания, ремонтопригодность.

'»<>