книги из ГПНТБ / Башта, Т. М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем учебник

двухходового (а), трехходового (б) и четырехходового (в) (соот­ ветственно двух-, трех- и четырехлинейных) типов, а на рис. 5, г — трехпозиционного золотника четырехходового типа с положитель­ ным перекрытием. Буквенные обозначения соответствуют: Я — насос, Б — бак, и D 2 — полости гидродвигателя (силового цилиндра). Стрелки показывают направление потока рабочей жидкости по каналам распределителя для одной какой-либо фиксированной позиции подвижного его элемента, причем положе­ ние стрелок каждого поля должно соответствовать расположению внешних подводимых линий.

Линии условного обозначения (внешние трубопроводы, соеди­ ненные с распределителем) показываются лишь в одной (исход­ ной) позиции распределителя. При переключении распределителя в другую позицию поле (прямоугольник), соответствующее этой новой позиции, как бы перемещается на место поля исходной позиции, линии же условного обозначения подводов остаются на прежних местах.

Перекрытия (блокирование) каналов распределителя показы­ ваются короткой чертой на внутренних концах линий этих кана­ лов, перпендикулярной к их осям. В частности в трехпозиционном четырехходовом (четырехлинейном) распределителе (рис. 5, г) все внутренние каналы в среднем положении подвижного элемента распределителя перекрыты и циркуляция жидкости в нем отсут­ ствует. Путь жидкости по каналам распределителя в двух других позициях характеризуется совмещениями левого или соответ­ ственно правого квадрата (поля) со средним, на котором пока­

вых двухпозиционного (д) и трехпозиционного (в) распределите­ лей с электромагнитным управлением и возвратными пружи­ нами в систему одностороннего и двустороннего силового ци­ линдра.

В ряде конструкций распределителей часть или все внутрен­ ние их каналы в среднем положении подвижного элемента не пере­ крываются, а соединяются между собой или со сливом (баком). В частности, в распределителе с отрицательным перекрытием все внутренние каналы соединены между собой (рис. 6, а). Стрелка в среднем квадрате контура условного обозначения показывает направление выхода жидкости из каналов распределителя. В рас­ пределителе, представленном на рис. 6, б, перекрыт лишь канал Б (бака), каналы же D j и гидродвигателя соединены с каналом насоса (Я). В распределителе, представленном на рис. 6, в, со­ единены между собой все каналы, кроме канала Я (насоса), который перекрыт.

В системах с разгрузкой насоса применяется в среднем поло­ жении распределитель, в котором перекрыты лишь каналы гидро­

30

На рис. 7 приведены примеры комбинаций условных обозна­ чений распределителей с различными жидкостными коммуника­ циями. На рис. 7, а показан трехпозиционный четырехходовой распределитель с ручным (рычажным) управлением и двумя воз-

Рис. 6. Конструктивные и условные схемы трехпозиционного четырехходового распределителя с различными внутренними коммуникациями

вратными пружинами, устанавливающими подвижный элемент распределителя в среднее положение, в котором все каналы его соединяются между собой и баком. Распределитель того же типа, но с перекрытыми в среднем положении каналами (рис. 7, б), снабжен механическим фиксатором, используемым в этом поло-

Рис. 7. Примеры условных изображений распределителей

жении. Двухходовой двухпозиционный распределитель (перекрывной кран), изображенный на рис. 7, в, предназначен для открытия или закрытия магистрали; управляется он обычно от подвижной детали с возвратом в исходное положение с помощью пружины. Четырехходовой трехпозиционный распределитель, изображенный на рис. 7, г, приводится дистанционно с помощью подачи управ­ ляющего давления и устанавливается в среднее положение пру­ жинами. В этом положении канал насоса перекрывается, а все прочие каналы соединяются с баком.

31

Управляющее давление (условно изображается тонкими сплош­ ными или штрих-пунктирными линиями) может быть подано от различных аппаратов управления ручным или иными (механи­ ческим, электромагнитным и пр.) способами. Управляющим давлением может быть также давление самой рабочей среды.

Наиболее широко распространены распределители с электрогидравлическим управлением (с электрогидравлическими сервозо­ лотниками). На рис. 7, д приведена схема с двумя сервозолотни-

1 2 х

ками (пилотами), представляющими собой вспомогательные рас­ пределители (золотники) с электромагнитным управлением. На рис. 7, е показана схема, в которой вспомогательный (пилотный) распределитель выполнен в виде четырехходового двухпозицион­ ного золотника с двумя электромагнитами. Основной распреде­ литель в этой схеме управляется энергией давления рабочей среды, подводимой к нему с помощью этого вспомогательного распределителя.

Клапаны регулирования давления условно изображаются в виде прямоугольника (прямоугольного поля) со стрелкой внутри (рис. 8). Конструктивная схема и условные изображения предо­ хранительного клапана (клапана, ограничивающего максималь­ ное давление рвх) с регулируемой пружиной представлены на рис. 8, а—г. Изменения под действием какой-либо силы (давле­ ния рабочей среды, управляющего давления и пр.) положений регулирующего элемента (затвора), вплоть до полного открытия или закрытия им проходного сечения, можно представить как перемещение прямоугольного поля со стрелкой относительно входной и выходной линий (рис. 8, в), которые сохраняют при этом свое положение неизменным. Клапан открыт, когда стрелка находится в положении, совпадающем с входной и выходной

32

со

со

ГЛАВА И

РАБОЧАЯ Ж ИДКОСТЬ ГИДРОСИСТЕМ

И ЕЕ СВОЙСТВА

Рабочая жидкость является рабочим телом гидропривода и может рассматриваться как его элемент. Одновременно она выполняет функции смазочного и охлаждающего агента, а также защищает детали от коррозии, т. е. обеспечивает работоспособ­ ность vl надежность узлов гидропривода.

Наиболее полно удовлетворяют требованиям, предъявляемым к рабочей жидкости, минеральные масла нефтяного происхожде­ ния, представляющие собой жидкие дистилляты, загущенные пара­ фином, церезином и другими твердыми углеводородами. Для спе­ циальных гидроприводов применяются также синтетические жидкости на основе органических и кремнийорганических соеди­ нений. Основными показателями для оценки качества рабочей жидкости, применительно к тематике настоящего учебника, слу­ жат вязкостно-температурные ее свойства, химическая и физи­ ческая стабильность, агрессивность по отношению к резиновым уплотнительным деталям и смазочная способность.

§ 7. Вязкость жидкости

Характеристика вязкости. Вязкость рабочей жидкости, под которой понимается ее свойство оказывать сопротивление дефор­ мации сдвига, является одной из наиболее важных характеристик для расчета и проектирования объемных гидравлических машин и их эксплуатации. От вязкости жидкости зависят объемные и механические потери при работе насоса, возможность работы гидропривода при низких и высоких температурах и пр.

Описание характеристики вязкости жидкости основано на известной гипотезе Ньютона, согласно которой напряжение т сдвига между соседними слоями жидкости бесконечно малой тол­ щины пропорционально градиенту скорости и сдвига в направле­ нии, перпендикулярном к направлению движения жидкости [9]. Механизм возникновения вязкости обусловлен тем, что при тече­ нии вязкой жидкости вдоль твердой стенки скорость движения ее слоев в результате торможения потока различна, вследствие чего между слоями возникает сила трения. Выражение для на-

пряжения от силы трения (среза слоя жидкости) в дифференциаль­ ном виде, известное как закон Ньютона, имеет вид

где р — коэффициент пропорциональности; в практике назы­ вается коэффициентом динамической (или абсолютной) вязкости жидкости;

и— скорость сдвига;

у— расстояние между слоями жидкости, измеренное пер­ пендикулярно направлению ее движения,

Всоответствии с этим касательное напряжение Т слоя жидкости площадью F будет

Т= рF Р .

f dtj

Следовательно, абсолютная вязкость р является силой, дей­ ствующей на единичную площадь плоской поверхности, которая перемещается с единичной скоростью относительно другой пло­ ской поверхности, находящейся от первой на единичном рас­ стоянии.

В системе единиц МКГСС единицей абсолютной вязкости при­ нято считать касательную силу, с которой один слой жидкости площадью 1 м2 действует на другой, когда один слой движется относительно другого с градиентом скорости 1 м/с-м. Размер­ ность этой единицы кгс ■с/м2. В системе единиц СГС вязкость выражается в пуазах (П), причем вязкость жидкости равна 1П, если сила, необходимая для того, чтобы перемещать одну относи­ тельно другой две параллельные пластинки из жидкости с пло­ щадью поверхности 1 см2 и градиентом скорости 1 см/с-см, соста­

Для примера можно указать, что вязкость воды при 20° С равна примерно 1П.

Для маловязких жидкостей р обычно выражают в сантипуа­ зах (сП).

Коэффициенты динамической вязкости связаны следующими соотношениями:

Всистеме СИ коэффициент динамической вязкости выражается

вН-с/м2.

Кинематическая вязкость. В гидравлических расчетах обычно применяют отношение коэффициента динамической вязкости р к плотности р жидкости, которое называется коэффициентом ки­ нематической вязкости и обозначается

36

В системах СИ и МКГСС v выражается в м2/с, а в системе СГС — в см2/с. Величина вязкости, равная 1 см2/с, называется стоксом (Ст). В технической практике получили распространение сантистоксы (сСт). Указанные единицы кинематической вязкости связаны соотношением: 1 м2/с = 10 000 Ст = 1 000 000 сСт.

В технических характеристиках отечественных масел указы­ вается (если отсутствуют специальные оговорки) кинематическая вязкость, выраженная в сантистоксах при температуре 50° С.

При выборе величины вязкости рабочей жидкости для гидро­ приводов приходится учитывать ряд противоречивых факторов. С точки зрения упрощения герметизации уплотнительных соеди­ нений, и в особенности без применения эластичных уплотнитель­ ных средств, вязкость должна быть возможно высокой. Однако повышение вязкости увеличивает механические потери при дви­ жении узлов гидравлических машин и потери напора в их каналах, а также ухудшает режим питания (всасывания) насосов. Повы­ шение вязкости жидкости замедляет реакцию исполнительных

давлениями, следует выбирать жидкости более высокой вяз­ кости, чем для машин с более низкими давлениями.

На основании опыта можно рекомендовать для радиальнопоршневьщ насосов (см. стр. 107) с давлением от 20 МПа (200 кгс/см2) и выше и работающих в стабильных температурных условиях применять масла с вязкостью v = 60-М50 сСт и для насосов с давлением до 10 МПа (100 кгс/см2) — масла с вязко­ стью v = 30-4-60 сСт, причем для аксиально-поршневых насосов (см. стр. 179) обычно применяются менее (на 25—50%) вязкие масла, чем для радиально-поршневых.

Условные (относительные) единицы вязкости. На практике обычно пользуются условными единицами вязкости, измеряемой с помощью вискозиметров. В отечественной промышленности применяются единицы условной вязкости, выражаемые в градусах Энглера.

Отношение времени t истечения под собственным весом 200 см8 жидкости при данной температуре через калиброванное отверстие определенного диаметра (2,8 мм) к времени /в истечения из того же сосуда 200 см3 воды при 20° С выражает вязкость жидкости в гра­ дусах Энглера:

V

Пересчет условной вязкости в кинематическую и абсолютную производится по приближенным эмпирическим формулам или таблицам [2 J. Для применяемых в гидросистемах масел при сред­ нем значении их плотности р = 100 кгс-с2/м4 (у = 900 кгс/м3)

37

кинематическая v и условная вязкость в градусах Энглера свя­ заны соотношением

v = 0,0731®Е — см2/с.

Пересчет вязкости в градусах Энглера (°Е) в единицы абсо­ лютной вязкости (р) может быть осуществлен для распростра­ ненных в гидросистемах жидкостей по упрощенной формуле р = = 0,00065° Е. Для пересчета динамической вязкости р в единицы условной вязкости можно также пользоваться графиком, пока­ занным на рис. 9, а.

Зависимость вязкости от температуры. С повышением темпе­ ратуры вязкость капельных жидкостей понижается. Чем меньше изменяется вязкость с изменением температуры, тем выше каче­ ство и эксплуатационные свойства рабочей жидкости. Одним из основных критериев этой зависимости является характеристика по застыванию, условно оценивающая потери подвижности частиц. При этом жидкость (масло) не превращается в твердое тело.

Выразить закон изменения вязкости жидкости от температуры математическими уравнениями, пригодными для практического применения, не представляется возможным, ввиду чего в практике пользуются эмпирическими зависимостями. На рис. 9, б приве­ дены кривые зависимости вязкости распространенных масел от температуры: 1 — трансформаторное, 2 — индустриальное 12,

Из применяемых в гидроприводах морозостойких минераль­ ных масел наиболее пологую вязкостную характеристику имеет

лее пологую характеристику имеют жидкости на основе кремнийорганических соединений, для которых минимальное значение вязкости в указанном диапазоне температур меньше максималь­ ного лишь в 40—50 раз.

При применении жидкостей, имеющих крутую кривую темпе­ ратурной зависимости вязкости, затрудняется работа гидроси­ стемы в зимних условиях. Это обусловлено в основном тем, что при повышении вязкости жидкости при низких температурах выше допустимых значений ухудшается ее прокачиваемость в ма­ гистралях и засасывание при открытых баках насосами.

Индекс вязкости. Для оценки влияния температуры на вяз­ кость рабочей жидкости (масла) в практике пользуются понятием индекса вязкости, характеризующим соотношение вязкостей ма­ сел в некотором температурном интервале (например, от 0 до 100° С или от 50 до 100° С). Таким образом, индекс вязкости является относительной величиной, показывающей степень изме­ нения вязкости масла в зависимости от температуры (рис. 9, б и в), т. е. характеризующий пологость температурной кривой вязкости

38

•О.сСт

г)

Рис. 9. Характеристики рабо­ чих жидкостей гидросистем

39