5.2. Рабочие жидкости гидроприводов

В гидроприводах обычно используют рабочие жидкости минерального происхождения, обладающие высокой вязкостью (от 40 до 60 сСт при температуре 50 °С): нефтяные масла и спирто-глицериновые смеси. Такие жидкости работоспособны до температуры примерно 150 °С, а при более высоких температурах они вступают в реакцию с кислородом воздуха и разлагаются с выделением твёрдых плёнок и смолистых осадков, способных нарушить работу гидропривода. Кроме того, повышение температуры сопровождается увеличением давления насыщенных паров жидкости, что способствует возникновению кавитации. Ввиду этого в условиях высоких температур (150 °С и выше) применяют высокотемпературные жидкости, наиболее распространенными из которых являются синтетические жидкости, в частности полисилоксановые и кремнийорганические. Данные жидкости обладают хорошими высокотемпературными и низкотемпературными свойствами: в контакте с воздухом они допускают длительное нагревание при температурах до 250 °С, в закрытых системах (без доступа воздуха) их можно длительно использовать при температуре до 370 °С; одновременно эти жидкости допускают работу гидросистемы при температурах – 60 °С и ниже. Однако данные жидкости имеют значительный недостаток, заключающийся в том, что они растворяют пластификаторы синтетических каучуков; поэтому уплотнительные кольца, изготовленные из этих каучуков, становятся через некоторое время хрупкими и растрескиваются, и гидросистема теряет герметичность. Другой недостаток данных жидкостей состоит в том, что они уступают минеральным маслам по противоизносным и смазывающим свойствам.

В отдельных случаях температура гидросистемы достигает столь высоких значений, что исключается возможность применения не только минеральных, но и существующих синтетических жидкостей. Для таких условий перспективным считаются жидкие металлы с низкой температурой плавления: сплав, состоящий из 77 % натрия и 23 % калия, который представляет собой серебристый металл, напоминающий ртуть. Температура его плавления равна  °С, а температура кипения при атмосферном давлении составляет 850 °С.

Итак, рабочие жидкости гидроприводов должны обладать следующими свойствами: хорошая смазывающая способность, низкая летучесть, высокая термостойкость.

5.3. Объёмный гидропривод

В данном разделе рассмотрены гидравлические расчеты элементов гидропривода, конструкции вспомогательных устройств, схемы устройства и регулирования гидропривода.

5.3.1. Гидравлический расчёт некоторых

элементов гидропривода

Известно, что принцип действия объёмных гидромашин основан на вытеснении несжимаемой жидкости из замкнутого объёма. Поскольку между движущимися и неподвижными узлами существуют зазоры, то действительная производительность Q объёмных гидромашин всегда ниже теоретической Q_т на величину перетечек Q_п жидкости из рабочих полстей в нерабочие. Это свойства гидромашин характеризует объёмный КПД

.

Отсюда следует, что для определения величины необходимо знать величину перетечек жидкости Q_п . Найдём величину Q_п, например, в поршневой гидромашине.

z

0

W₀

х

p₁

p₂

l

Рис. 5.1

На рис. 5.1 показана схема поршневой машины с диаметром поршня D, длиной l и зазором между поршнем и цилиндром . Предположим, что, и поршень движется слева направо со скоростью W₀. Для нахождения перетечек требуется знать поле скоростей жидкости в зазоре между поршнем и цилиндром. В свою очередь эта задача может быть разрешена на основании уравнения Навье–Стокса (3.11) и уравнения сплошности потока (3.6). Выберем оси координат x0z, как на рис. 5.1. Для данного случая уравнения (3.11) и (3.6) упростятся и примут вид

.

Градиент давления можно считать линейной величиной: , поэтому получается . Интегрирование даёт .

После повторного интегрирования имеем

.

Постоянные с₁ и с₂ находятся из условий:

1. При z = 0 (на поверхности поршня) имеет место W_x = W₀ (вследствие прилипания жидкости к поверхности поршня). Отсюда получается с₂ = W_0.

2. При z = (на стенке цилиндра) имеет место W_x = 0. Поэтому . Тогда поле скоростей принимает вид . Величина перетечек определяется по закону сплошности потока , где – элементарная площадь, через которую происходят перетечки (см. рис. 5.1). Далее получается

= ,

или окончательно

(5.1)

В поршневых гидромашинах скорость W₀ невелика, поэтому из формулы (5.1) можно сделать вывод, что перетечки Q_п пропорциональны кубу зазора .

Другой важной задачей является определение гидравлического сопротивления трубопроводов гидропривода. При течении жидкостей в трубопроводах гидропривода возникают также дополнительные сопротивления, обусловленные сужением и прочими искажениями цилиндрического сечения трубы, а также тем, что у стенок трубы температура жидкости ниже в следствие ее охлаждения, а в центральной части трубы – выше. Поэтому коэффициент гидравлического трения при ламинарном режиме движения жидкости по трубопроводам гидропривода несколько больше и равен . Для гидравлически гладких труб гидропривода в диапазоне справедливой остаётся формула Блазиуса (3.53) . В автомодельной зоне сопротивления (при ) коэффициент гидравлического трения не зависит от числа Рейнольдса и определяется по зависимости Прандля – Никурадзе: . Местные потери напора при ламинарном режиме движения зависят от режима движения жидкости, поэтому, где А – постоянный коэффициент, зависящий от вида местного сопротивления. Опыты показывают, что коэффициент зависит от числа Re только при Re < 100. При Re > 1000 коэффициенты местных сопротивлений практически не зависят от числа Рейнольдса.