книги из ГПНТБ / Вуколов В.М. Детали из пластмасс в пневмогидравлических системах

с помощью линзовых прокладок из фторопласта. Сигнализаторы уровня в емкостях 1 и фильтры-отстойники установлены на фторо­ пластовых прокладках квадратного сечения. Все клапанные уплотнители редукторов и электропневмоклапанов изготовлены из поликапролактама.

Система предназначалась для быстрой перекачки агрессивной жидкости из емкостей 1 в емкость 5 после подачи электрического сигнала на электрообмотки магнитов электропневмоклапанов ЭПК 9 и 7. Сжатый воздух из баллона 2 через систему вентилей поступает к редуктору 4 и редуцируется до давления управления гидропневмоклапаном 3. В исходном положении ЭПК перекры­ вает магистраль от редуктора 4. После подачи электрического сигнала на ЭПК 9 сжатый воздух через вентиль поступает в по­ лость управления гидропневмоклапаном 5 и на редуктор 8. Под действием управляющего давления гидропневмоклапан соединяет гидравлические магистрали емкостей 1 и 5. Кроме того, в редук­ торе 8 сжатый воздух с давлением управления редуцируется до рабочего давления и поступает через предварительно открытые вентили в емкостях 1, где перемещает жидкость из емкостей 1 в емкость 5.

Цикл продолжается до срабатывания сигнализаторов уровня, установленных в емкостях 1, после чего электропитание на ЭПК прекращается, воздух из магистрали управления сбрасывается.

и гидравлическая магистраль с помощью гидропневмоклапана разобщается. Обратное перемещение жидкости из емкости 5

вемкости 1 производится сжатым воздухом с помощью редуктора 6

иЭПК 7.

§ 2. Основные типы соединений трубопроводов. Требования к монтажу соединений

Трубопроводы, к которым относятся как жесткие трубы, так и гибкие рукава и прочие подвижные сочленения труб, являются одним из основных компонентов гидросистемы тяжелых транс­ портных агрегатов. Вес их составляет значительную часть общего веса гидросистемы. При работе транспортных и грузоподъемных агрегатов трубопроводы подвергаются нагрузкам статического и динамического характера одновременно. Статические нагрузки создаются внутренним давлением жидкости, а также усилиями, возникающими в результате температурных деформаций трубо­ проводов и их монтажа. Динамические нагрузки возникают при частотных деформациях (колебаниях) трубы, обусловленных пуль­ сацией давления жидкости, гидравлическим ударом, а также вибрацией самих трубопроводов.

Причинами разрушений трубопроводов или их соединений в основном являются пульсации давления жидкости, что объяс­ няется кинетикой и ■особенностями режима работы насосов, а также забросы давлений. Последние возникают по многим при­ чинам, наиболее вероятная из которых — гидравлические удары, появляющиеся при мгновенном срабатывании различных клапанов. Поэтому необходимо строго следить за технологией изготовления трубопровода, не допуская нарушения цилиндрической формы их поперечного сечения, соблюдать правила выбора материала трубы в зависимости от условий ее работы, а также обращать особое внимание на способ и качество соединения трубопровода. Соеди­ нение труб и присоединение их к гидроагрегатам должны быть надежными по прочности и герметичности. Это относится, как правило, к сложным трубопроводам с одним или несколькими разветвлениями. Основным элементом различных соединений труб является прокладка. Уплотнительная прокладка из любого материала должна отвечать следующим требованиям:

—при сжатии с возможно меньшими усилиями заполнять все неровности, образовавшиеся от неточности обработки, и тем самым уплотнять соединения;

—сохранять упругие свойства в пределах искривления уплот­

няющих поверхностей при затягивании и эксплуатации соеди­ нения — возможно дольше сохранять уплотняющие свойства при эксплуатации;

— не вызывать порчи уплотнительных поверхностей. Известно несколько типов соединения трубопроводов. Для

трубопроводов, не подлежащих демонтажу, используются пре-

18

имущественно неразборные соединения со специальными переход­ ными втулками (муфтами), герметизируемыми пайкой или сваркой.

Применяются прямой (рис. 6, а) и косой (рис. 6, б) срезы

втулки, причем косой срез предпочтительнее из-за снижения напряжении в поверхностном

этому в гидросистемах гораздо чаще применяют разборные соеди­ нения, особенно для трубопроводов, подлежащих демонтажу. Возможным конструктивным решением является соединение с раз­

развальцовывается в холодном со­ стоянии без образования трещин лишь при увеличении диаметра не более чем на 35%. Применять нагревание при развальцовке трубы не рекомендуется. Однако это соединение имеет следую­

щие недостатки:

— для развальцовки пригодны только тонкостенные трубы, следовательно, применение их для высоких давлений ограни­ чивается с увеличением проходных сечений трубопроводов;

— соединения очень чувствительны к напряжениям, которые могут появиться при монтаже;

— для развальцовки не могут быть использованы сварные трубы.

Рис. 8. Соединения труб: а — шаровое; б — шаровое с заделкой трубы в расточке ниппеля; в — торцевое; г — с врезающимся кольцом:

/ — штуцер; 2 — накидная гайка; 3 — ниппель; 4 — прокладка; 5 — врезающееся кольцо

Для наиболее высоких давлений (300—400) 105Н/м2 реко­ мендуются разъемные соединения различных типов (рис. 8): шаровое, торцевое и с врезающимся кольцом.

Герметичность шарового соедине­ ния обеспечивается контактом по­

в этом случае по сравнению с первыми двумя типами соединений предъявляются повышенные требования к чистоте поверхности и точности труб. Торцевое соединение допускает большое коли­ чество переборок, так как уплотнение в нем достигается за счет сменных прокладок.

Кроме указанных соединений довольно часто применяют со­ единения трубопроводов с уплотнительными резиновыми кольцами круглого сечения, т. е. соединения без развальцовки труб (рис. 9).

20

Для толстостенных труб, работающих при высоких давлениях до 1000-ІО5 Н/м2, используются линзовые соединения (рис. 10). Осевое сжатие соединения осуществляется гайкой или болтами через фланцы. Фланцевое соединение со стальной линзой применяют для трубопроводов с большими проходными сече­ ниями. Соединения сложны в изготовлении и монтаже, имеют большие габариты и требуют высо­ кого класса точности и чистоты уплотнительных поверхностей. В за­ висимости от условий эксплуатации применяют самые разнообразные фланцы: плоские, приварные, фланцы свободные на приварном кольце, сво­ бодные с буртом и др.

Под действием давления линзо­ вая прокладка деформируется (уве­ личивается) и соединение несколько самоуплотняется. Эффект самоуплот­ нения увеличивается с увеличением диаметра линзы и давления масла. Однако высокое качество линзового соединения может быть обеспечено, если обрабатывать контактные по-

1

Рис. 10. Линзовое соединение труб: а — фланцевое; б — ниппельное:

1 — линза; 2 — труба; 3 — фланец; 4 — штуцер; 5 — ниппель; 6 — гайка

верхности до 9-го класса чистоты, что достигается притиркой. Вы­ сокая точность изготовления и чистота обработки создают большие технологические трудности в процессе производства соединений и значительно повышают стоимость. Именно поэтому линзовые уплотнения широкого распространения не получили и во многих случаях другие разъемные соединения, например ниппельные, имеют существенное преимущество перед линзовыми соединениями со стальными линзами.

С другой стороны, большие давления при больших произво­ дительностях затрудняют монтаж и эксплуатацию обычных ниппельных соединений с металлическими уплотнителями.

21

Поэтому естественно стремление заменить стальные линзы линзами из какого-либо другого материала, к которому не предъ­ являются такие высокие требования. Очевидно, самые подходя­ щие для этой цели материалы — пластмассы, обладающие необ­ ходимыми физико-механическими свойствами.

Правильно выбранная конструкция полимерной линзы позво­ ляет использовать ниппельное соединение (рис. 10, б) для высо­ ких давлений в соединении с большими проходными сечениями [15]. Конструкция соединения очень проста, технологична и расширяет область применения полимеров при высоких давле­ ниях.

Существует и более сложное соединение труб: поворотные (шарнирные) с одной, двумя и более ступенями свободы, пружин­ ные соединения труб и т. д.

При выборе способа соединения трубопровода необходимо учитывать условия, в которых последние будут работать: темпе­ ратуру, угловые перемещения агрегатов, величины допустимых прогибов труб, давления, технологии монтажа.

В течение последнего времени вопросам монтажа гидравличе­ ских и пневматических систем, компоновке ее агрегатов на из­ делиях уделяют самое серьезное внимание, так как надежность и долговечность пневмогидравлической системы находится в пря­ мой связи с точностью изготовления деталей трубопроводов по длине и конфигурации и с технологией выполнения монтажных работ. Даже самые незначительные отклонения трубопроводов от заданных размеров и формы создают в итоге неточности, при­ водящие при монтаже на машине к появлению значительных по величине напряжений. Монтажные напряжения являются одной

в отдельных случаях может превышать предел текучести мате­ риала, из которого они изготовлены. Так, неправильный выбор расстояния между колодками крепления может привести к воз­ никновению опасных резонансных колебаний отдельных участков трубопроводов и, как следствие, к его усталостным напряжениям.

Монтаж трубопроводных линий необходимо выполнять с соблю­ дением зазоров между трубопроводами и элементами машины, а также с обеспечением свободного подхода для осмотра и кон­ троля как самих трубопроводов, так и их стыковых соединений.

С точки зрения противопожарной безопасности не рекомен­ дуется прокладывать трубопроводы гидравлической системы вблизи от электрических проводов или над ними.

Соединения трубопроводов должны обеспечивать надежную герметичность их в заданном диапазоне рабочих давлений и тем­ ператур при повторном демонтаже и монтаже. Полная взаимо­ заменяемость трубопроводов, изготовленных по эталонам — основ­ ное требование к монтажу гидросистем. Подгибка и доводка труб до требуемой конфигурации и длины по месту на каждой машине

22

недопустимы при серийном производстве. Кроме повышения надежности и долговечности, продуманный монтаж агрегатов, трубопроводов пневмогидравлической системы обусловливают эксплуатационную технологичность конструкции той или иной машины. Агрегаты пневмогидравлической системы должны при этом располагаться в соответствии с требованиями эксплуатацион­ ной технологичности системы. Стыковку трубопроводов с ответ­ ными штуцерами и фитингами арматуры следует проводить сво­ бодно, т. е. без боковых и осевых усилий. Отсутствие перекоса

имонтажных напряжений гарантируется в том случае, если при соединении трубопроводов накидная гайка навертывается на штуцер свободно от руки примерно на 2/3 длины резьбы. Только при этом первоначальное положение трубопро­ вода в свободном состоянии не изме­ нится после окончания монтажа. Это особенно необходимо для правильной

инадежной эксплуатации трубопро­

намических напряжений в трубо­ проводах иногда применяют проволочный демпфер (рис. 11).

Демпфирующим элементом служит тонкая проволочная сетка. Располагать такие демпферы следует на участках, наиболее под­ верженных вибрациям, а также в местах соединения трубопро­ водов. В некоторых случаях успешно применяют крепление трубо­ проводов с применением фторопластовых втулок.

При осмотре систем в эксплуатационных и ремонтных подраз­ делениях следует обращать особое внимание на признаки, сви­

причину их возникновения. Проверить весь трубопровод, ликви­ дировать дефекты, а в случае необходимости установить допол­ нительные опоры с демпфированием. Способ крепления трубо­ проводов существенно влияет на частоту собственных колебаний, а это, в свою очередь, отражается на работе соединительных элементов трубопроводов и их уплотнениях.

Анализ некоторых усталостных поломок трубопроводов, а также условий возникновения монтажных напряжений показал, что в отдельных случаях монтажные напряжения могут возни­ кать даже при отсутствии неточностей по монтажу, например при соединениях трубопровода с резиновым уплотнительным

23'

кольцом. В этом случае, если в конструкции соединения объем, предназначенный для размещения резинового кольца, оказы­ вается недостаточным, оно при затяжке частично выдавливается в зазор между торцом штуцера и буртиком ниппеля. При даль­ нейшей затяжке гайка увлекает ниппель и скручивает трубку, что приводит к возникновению в ней напряжений до (13—^17) X

XІО5 Н/м2.

Вбольшинстве случаев пневмогидравлические системы машин должны обеспечивать выполнение назначенных операций неза­ висимо от окружающих температурных условий; последние для транспортноподъемных машин в процессе эксплуатации могут изменяться в весьма широких пределах от минусовых температур до плюсовых.

Во всех этих случаях соединения не должны давать течь рабочей жидкости. Для предотвращения усадки материала эле­ ментов соединения его детали, как правило, выполняют из мате­ риалов, имеющих одинаковый коэффициент линейного расшире­ ния. Кроме того, на герметичность влияет величина момента затяжки соединения, которая увеличивается при каждой сборке соединения после очередного ремонта (демонтажа). Существует также максимальный момент затяжки; выше этого момента соеди­ нение затягивать не разрешается, так как оно может разрушиться. Поэтому при монтаже соединений рекомендуется использовать тарированный ключ. При соединении трубопроводов на фланцах сначала производят предварительную сборку фланцевых соеди­ нений на болтах без установки уплотнительных прокладок. После

этого тщательно проверяют параллельность уплотнительных по­ верхностей с помощью щупа. При положительных результатах проверки производят окончательную сборку фланцевых соеди­ нений на постоянных прокладках. Нельзя выправлять перекосы фланцев при сборке путем натяга болтов или шпилек. Чрезмер­ ный натяг приводит к недопустимому смятию прокладки и вы­ тяжке болтов или шпилек, в результате чего соединение становится неплотным.

Перед затяжкой болтов или шпилек фланцевых соединений нужно убедиться в правильной установке уплотнительной про­ кладки. Только после этого можно затягивать болты или шпильки.

Фланцевое соединение следует собирать сразу на полном коли­ честве болтов или шпилек, чтобы в дальнейшем не возвращаться к монтажу этого соединения.

Соединения трубопроводов, выполненные по внутреннему и наружному конусам, не рекомендуется разбирать в процессе эксплуатации более 20 раз, так как это может повлиять на гер­ метичность и прочность соединения. Перед каждой новой сборкой после очередного демонтажа детали соединения тщательно осма­ триваются. Особое внимание при этом уделяется сопрягаемым поверхностям, которые не должны иметь вмятин, рисок и других дефектов, способных нарушить герметичность.

24

Во всех случаях запрещается производить поДзатяжку соеди­ нения трубопроводов, находящихся под рабочим давлением. Опорные хомуты и колодки крепления любого трубопровода можно затягивать лишь после того, как трубопровод будет при­ соединен к системе , с двух сторон. До затяжки колодку необхо­ димо проверить, свободно ли лежит трубопровод на опорах по всей длине.

Для контроля прочности соединений системы и проверки гер­ метичности производится операция опрессовки. При этом в испы­ тываемой системе создается давление, в 1,5 раза превышающее рабочее давление. Система выдерживается под этим давлением положенное время, в течение которого падение давления контро­ лируется по манометру и проверяется герметичность всех трубо­ проводов соединения.

§ 3. Основные типы и особенности работы силовых цилиндров

Гидравлический привод и различные гидравлические устрой­ ства в последние годы находят все более широкое применение в современном машиностроении и особенно в тяжелых грузоподъ­ емных машинах. Поэтому гидросистема этих машин является одной из основных систем, определяющих работоспособность

инадежность машин в целом.

Втяжелых грузоподъемных машинах типа железнодорожных

игрунтовых кранов, в самоходных агрегатах (автопогрузчики, автомобили — самосвалы, специальные транспортировщики тя­ желых грузов), грейдерах и т. д. применяются гидравлические приводы различных схем и устройств. В элементах и узлах гидро­ системы наибольшую нагрузку испытывают гидравлические сило­ вые цилиндры (гидродомкраты). Они находятся в рабочем состоя­ нии более 90% времени эксплуатации грузоподъемных машин.

Гидродомкраты являются объемными гидродвигателями с огра­ ниченным возвратно-поступательным перемещением подвижного элемента и наиболее часто используются для работы по схеме поворота вала привода нагрузки на ограниченный угол (не бо­ лее 120°). Схема такого подключения силового цилиндра приве­ дена на рис. 12.

к объекту неподвижно, а второй совершает возвратно-поступа­ тельное движение.- Многообразие конструкций и широкий диапа­ зон грузоподъемностей подъемно-транспортных машин, на кото­ рых устанавливаются гидроприводы, привели к разработке боль­ шого количества типов гидродомкратов. В тяжелых грузоподъем­ ных машинах и самоходных агрегатах нашли широкое приме­ нение гидродомкраты с одним или несколькими последовательно выдвигающимися цилиндрами. При малом рабочем ходе приме-

25

Няют одноступенчатые гидроДомкратЫ, а при большом рабочем ходе (более 0,8 длины корпуса гидроцилиндра) — многоступен­ чатые (телескопические).

В зависимости от конструктивного исполнения одноступенча­ тые гидродомкраты могут быть с односторонним выходом штока

ции при подаче масла под давлением в рабочую камеру в исход-

26