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

ном положении гидродомкрата усилие от давления рабочей среды, действующее на каждый из цилиндров, через упорные бурты передается на внутренний цилиндр, к которому непосредственно приложена внешняя сжимающая нагрузка.

Существенным недостатком многоступенчатых гидродомкратов с последовательным выдвижением цилиндров является ступен­ чатое изменение скорости и давления в конце хода каждого из цилиндров. Это вызывает толчки и колебания в процессе работы и ограничивает возможность повышения скоростей. Для ликви­ дации указанного недостатка разработана конструкция гидро-

Рис. 14. Схема трехступенчатого гидродомкрата с камерами про­ тиводавления на каждом цилиндре:

1 — цилиндры; 2 — корпус; 3 — обратные клапаны; 4 — камеры пря­ мого давления; 5 — камеры противодавления

домкрата с камерами противодавления на каждом из цилиндров (рис. 14). Основное преимущество гидродомкратов с одновремен­ ным выдвижением цилиндров — является отсутствие ступенча­ того изменения рабочей площади в процессе рабочего хода. При­ менение таких гидродомкратов в тяжелых грузоподъемных маши­ нах позволяет увеличить скорость операции, не нарушая плав­ ности работы.

Одноступенчатые гидродомкраты, как правило, имеют направ­ ляющие втулки; встречаются конструкции и с одной направля­ ющей втулкой. В результате выполненных исследований уста­ новлено, что для телескопических гидродомкратов целесообразно проектировать цилиндры с двумя направляющими втулками, причем в нижней части необходимо устанавливать полимерные втулки, а в верхней части — бронзовые.

В ряде ответственных деталей (в том числе и направляющих втулках) уровень и характер нагрузок определяется не только назначением и конструкцией гидродомкрата, но и выбранной схемой гидросистемы. В качестве иллюстрации условий работы полимерных направляющих втулок в телескопических гидродом­ кратах рассмотрим схему (рис. 15) гидравлической системы подъема

27

груза двумя домкратами. Для пояснения принципа работы и динамики рабочих процессов системы в табл. 3 представлены некоторые условные обозначения по ГОСТ 2.781—68.

Система предназначена для подъема тяжелого груза, враща­ ющегося вокруг неподвижной оси. Кроме того, по схеме преду-

смотрена возможность равномерного движения и остановки груза в любом промежуточном положении.

Для осуществления подъема груза масло от насосной уста­ новки через трехпозиционные краны 7 (1) и 7 (2) с электромагнит­

28

Т а б л и ц а 3

Таблица условных обозначений гидроагрегатов

29

клапан 4 (1), дроссель 5 к аварийным клапанам 1 (1) и 1 (2) для предварительного их открытия.

Одновременно из полости противодавления масло через ава­ рийный клапан 1 (1) для первого гидродомкрата и 1 (2) для вто­ рого, предохранительный клапан 8, гидрозамок 6 и краны 7 (1) и 7 (2) поступает на слив.

Для опускания груза краны 7 переключаются в положение Б, и масло от насоса через краны 7 (1) я 7 (2), гидрозамок 6 и обрат­ ный клапан 4 (2) поступает в полость противодавления. Одновре­ менно масло из прямой полости через клапан-регулятор 3, гидро­ замок 6 и электромагнитный кран 7 идет на слив. При остановке

жидкости в гидродомкрат одностороннего действия движение поршня происходит только в одном направлении (рабочий цикл). Движение в обратном направлении осуществляется усилием внешней нагрузки или пружины, сжатой во время рабочего цикла. Такие гидродомкраты применяются при наличии только сжима­ ющей внешней нагрузки, например в гидравлических подъемни­ ках, схема которого показана на рис. 16. Подъем груза осуще­ ствляется путем подачи масла под давлением в прямую полость гидродомкрата.

Обратный ход происходит под действием собственного веса платформы.

Гидродомкраты одностороннего действия имеют, как правило, небольшой ход, и полимерные направляющие втулки устана­ вливаются только в одном месте — вверху.

В гидродомкратах двустороннего действия движение поршня (или плунжера) при прямом и обратном ходе происходит от дав­ ления на поршень рабочей жидкости, поэтому такие гидродом­ краты могут применяться при наличии как сжимающей, так и

30

растягивающей нагрузки. Для восприятия растягивающей на­ грузки служит камера противодавления.

При проверке работоспособности гидроупоров (частный слу­ чай гидроцилиндров двустороннего действия) возникла необхо­ димость применения капролоновых направляющих втулок с двух сторон. На рис. 17 показана гидравлическая схема управления работой гидроупоров, т. е. гидродомкратов, предназначенных для вывешивания агрегата (освобождение агрегата от гибкой меха-

СлиВ

Рис. 17. Схема ги­ дропривода:

1 — трехпозиционный электромагнитный кран; 2 — двухпози­ ционный электромаг­ нитный кран; 3 — обратный клапан; 4 — клапан-регуля­ тор; 5 — гидрозамок; 6 —термоклапан; 7— гидроупор; 8 — регу­ лируемый дроссель

нической подвески) перед подъемом груза. При вывешивании агрегата (выпуск гидроупоров) масло от насосной установки через трехпозиционный электромагнитный кран 1 (положение Б), двухпозиционный кран 2 (1) (ускоренный режим) или регулируе­ мый дроссель 8 (замедленный режим), гидрозамок 5 и клапанрегулятор 4 поступает в прямую полость гидроупора. При этом масло из штоковой полости через гидрозамок 5 и кран 1 посту­ пает на слив. Для возвращения гидроупора в исходное положение кран 1 переводится в положение А. Масло от насоса через кран 1 и гидрозамок 5 поступает в штоковую полость гидроупора, а масло

31

В гидроДомкратах с Двусторонним-штоком полимерные направ­ ляющие втулки рекомендуется устанавливать с двух сторон, но только для направления штоков. При применении подобных кон­

с двусторонним штоком более сложны в изготовлении, ибо не­ обходимо выдержать строгую концентричность трех поверхностей: внутренних в цилиндре и внешних на поршне и штоках.

В большинстве' случаев все цилиндры устанавливаются што­ ком «вверх», но имеют место и случаи установки гидродомкратов штоком «вниз», например в гидроупорах.

При выборе материалов деталей силовых цилиндров необхо­ димо, чтобы эти материалы были достаточно прочными и обеспе­ чивали работоспособность цилиндров при заданном рабочем давлении. Материалы трущихся пар (поршень, цилиндр, шток и направляющая), помимо требуемой высокой прочности, должны обладать хорошими антифрикционными свойствами при доста­ точно больших скоростях возвратно-поступательного движения. Причем сопряженные детали в трущихся парах подвергаются наибольшему износу. Как правило, одна из деталей трущейся пары выполняется из материала меньшей твердости или из одно­ родного материала, но с твердым покрытием.

Изучение условий работы гидродомкратов в транспортных машинах показало, что для повышения сроков службы узлов можно с успехом использовать сопряжение сталь—пластмасса. Правильный конструктивный выбор такого сопряжения (напри­ мер, армированная втулка) дает возможность выгодно сочетать высокие эксплуатационные свойства обоих материалов.

Следует отметить, что гидродомкратам, применяемым в тяже­ лых грузоподъемных машинах и самоходных агрегатах, присущи следующие характерные особенности, которые необходимо учиты­ вать при выборе материала и размера втулок: сравнительно не­ большое число рабочих циклов (600— 1500) за весь срок службы; увеличение поперечных нагрузок на цилиндры с увеличением числа ступеней гидродомкрата; вращение в опорах гидродом­ крата и возникающие при действии осевого усилия моменты трения.

Кроме того, из-за неточности изготовления и монтажа направ­ ление действия осевого усилия может не совпадать с осью гидро­ домкрата, в результате чего гидродомкрат оказывается под дей­ ствием осевого усилия и изгибающего момента, воспринимаемых направляющими втулками.

В настоящее время разработаны различные конструкции капролоновых втулок для силовых цилиндров большой мощности. При конструировании направляющих втулок учитывали условия работы в машинах. Однако во всех случаях не повторяли старую геометрическую форму, выбранную для бронзовых втулок, а при­ давали втулкам такую форму и размеры, которые наиболее полно

32

соответствовали распределению сил, возникающих под действием высоких давлений рабочей среды, по элементам втулки.

На рис. 18 показано правильное и неправильное расположение уплотнений. Конструкция состоит из капролоно'вой втулки 5, подвижных 2,3 и неподвижных 4 уплотнений, штока 6 и цилиндра 1. При правильном положении неподвижных и подвижных уплот­ нений втулка под действием высоких давлений работает только

а)

на сжатие, а при неправильном деформируется в сторону умень­ шения зазора между подвижными частями, что резко ухудшает условия ее работы.

На рис. 19 приведены правильное и неправильное крепления втулки на штоке гидроупора. Дополнительное армирование поли­ амидной втулки с помощью кольца 2 создает условия, при кото­ рых стопорное кольцо / работает на срез. Без армирующего кольца втулка 3 под действием неуравновешенных сил при дви­ жении штока 4 относительно цилиндра 5 «течет» в направлении, обратном направлению движения штока. Это приводит к изгибу стопорного кольца и разрушению всей конструкции. Таким образом, только правильный выбор формы, размеров втулки и расположения ее элементов дает нужный эффект повышения надежности уплотнения.

§ 4. Условия работы уплотнений и основные требования, предъявляемые к ним

Эксплуатировать пневмогидравлические системы приходится в условиях большой запыленности, значительной влажности, резкого изменения температур атмосферы, ограниченного рабочего пространства и неравномерных нагрузок на исполнительные органы машины. Все это предъявляет повышенные требования как к конструкции гидропневмопривода в целом, так и к их элемен­ там, например уплотнениям. Нормальная работа уплотнений зависит прежде всего от состояния рабочей жидкости, которая одновременно является носителем энергии и смазкой. При этом уплотнения подвергаются воздействию переменных давлений, скоростей и температур. Скорость движения жидкости в отдельных элементах гидропривода достигает 80 м/сек, а обычный рабочий интервал температур колеблется в пределах 283—353 К- В отли­ чие от гидропривода трущиеся поверхности уплотнительных устройств пневмоагрегатов необходимо специально смазывать. Так как в процессе расширения воздуха его температура значи­ тельно понижается, то для смазки необходимо применять масло с низкой температурой застывания (не выше 268—263 К). Таким маслом является масло индустриальное 30. Так как полного осушения воздуха в пневмоприводе добиться нельзя, то охлаждение иногда приводит к обмерзанию пневматических агрегатов, особенно интенсивному при дросселировании воздуха в системах высокого давления. Эти режимы могут допускаться только кратковременно.

Условия работы уплотнений в трубопроводах гидро- и пневмо­ систем высокого давления определяются многочисленными факто­ рами, важнейшие из которых — назначение системы, рабочее давление среды, расположение на воздухе или в закрытом поме­ щении и др. Рассмотрим условия, в которых должны работать уплотнения и в связи с этим требования, предъявляемые к ним.

1. Известно, что некоторые материалы уплотнителей обладают способностью поглощать воду или влагу из воздуха. Например, максимальное содержание влаги в полиамиде может достигать 12— 16% при кипячении в воде и 6—8% при нахождении в воздухе. Поглощение влаги приводит к изменению размеров деталей уплот­ нения, что необходимо учитывать как при эксплуатации машин, так и при хранении узлов. Уплотнения транспортных агрегатов не должны изменять своих качеств от действия влаги рабочей среды или атмосферных осадков.

2. В процессе работы гидросистемы тяжелых грузоподъемных машин трубопроводы постоянно заполнены маслом, причем в боль­ шинстве случаев под давлением. Следовательно, материалы под­ вержены постоянному действию уплотняемой среды. Естественно, уплотнительные материалы необходимо выбирать такие, которые не изменят своих физико-механических свойств под действием рабочей среды.

34

3.Периодичность срабатывания арматуры оказывает большое влияние на общий срок службы агрегатов. Можно считать условно, что ряд деталей, таких, как металлопластмассовый клапан в за­ порном вентиле, редукторе, в ЭПК и т. д., могут выполнить определенное число циклов, после чего их необходимо подвер­ гать ремонту или замене. При частом срабатывании арматуры срок службы этих деталей, естественно, будет сокращен, однако он не может быть меньше ресурса работы всей системы.

4.Каждый тип привода имеет свою силовую характеристику,

взависимости от которой в арматуре возникают различные вели­ чины удельных давлений на уплотнительных элементах. В агре­ гатах (ЭПК) с электрическим управлением рабочей средой на уплотнителях создается ударная нагрузка. Гидравлические при­ воды обеспечивают обычно более плавное нагружение. В предо­ хранительных устройствах пружинного типа и с грузами при

закрывании клапана возникают удары, что ухудшает состояние уплотняющей поверхности и влияет на срок службы клапана. При расположении арматуры на открытом воздухе ухудшаются условия ее эксплуатации, иногда нарушается регулярная смазка. В процессе работы гидропневмоприводов вследствие взаимодей­ ствия контактных поверхностей происходит износ уплотнений. Причем установлено, что наибольшая скорость изнашивания взаимодействующих деталей уплотнительного устройства наблю­ дается в начальный период времени. В дальнейшем износ стаби­ лизируется. В этих условиях необходимым требованием к уплот­ нению является высокая износостойкость,

5. Температурные условия окружающей и рабочей среды также оказывают влияние как на работу всей системы, так и на работу уплотнений. Так, например, ползучесть полимера при температуре 233 К незначительна. Можно полагать, что при этом полимерные линзы упруго деформируются. Когда соединение затянуто при 233—223 К, то при повышении температуры ма­ териал прокладки начинает ползти. При большом перепаде тем­ ператур остаточная деформация настолько велика, что может нарушиться герметичность. Таким образом, конструкцию уплот­ няющего узла необходимо выбирать исходя из требования, исключающего влияние ползучести материала на герметичность.

6. Улучшения качества при изготовлении уплотнений — тре­ бование повышения надежности и долговечности их. Больше того в редуцирующих и предохранительных клапанах чистота обработки непосредственно уплотняющих поверхностей оказывает влияние на устойчивость рабочих процессов. В то же время в вен­ тилях с полимерными уплотнителями условия работы таковы, что требования по качеству обработки можно значительно снизить.

7. Для обеспечения нормальной работы гидропривода рабочая жидкость не должна содержать механических примесей и влагу. В пневмоприводе также необходима рабочая среда, очищенная от твердых частиц (ржавчины, песка и др.), так как попадая

в пневмогидроагрегаты, твердые частицы приводят к ускоренному абразивному износу их уплотнения. Если материал уплотнителя обладает достаточной эластичностью и способен «улавливать» эти примеси без нарушения общей работоспособности узла, то при случайном попадании твердых частиц на уплотняющие по­ верхности герметичность соединения не нарушится. Таким обра­ зом, применение металлокерамических дисков в трансмиссии и контакт с атмосферой дренажных вентилей дают основание пола­ гать, что для некоторых уплотнительных устройств остается реальным требование сохранять работоспособность в условиях загрязненной рабочей среды и наличия отдельных дефектов на поверхностях контакта уплотнений с деталями агрегата.

8. В процессе заправки баллонов сжатым воздухом, а также при многократном травлении воздуха из баллонов для получения кондиционного воздуха по содеражнию влаги, часть уплотнений дренажных вентилей подвергается длительному воздействию среды. В этом случае эррозионная стойкость материала уплотни­ теля — важное требование обеспечения работы узла.

9. Материал уплотнителя необходимо выбирать таким обра­ зом, чтобы его физико-механические свойства не изменялись при длительной эксплуатации и хранении.

10.Изменение размеров уплотнителя в процессе насыщения его влагой или рабочей средой не должно приводить к нарушению условий взаимодействия уплотнительного устройства с другими деталями.

11.Релаксационная стойкость— необходимое условие обес­ печения герметичности соединения при длительной эксплуатации.

12.Уплотнительные устройства должны быть вибростойкими, т. е. нарушение герметичности не происходит в процессе работы машины с максимально допустимыми для нее виброперегрузками.

13.Материал уплотнителя должен сохранять свои уплотня­ ющие и прочностные качества при изменении температуры от 233 до 313 К и допускать кратковременные перегревы до 420 К.

Таким образом, общие требования к уплотнениям можно сфор­ мулировать в следующем виде: качественным уплотнением яв­ ляется такое уплотнение, которое обеспечивает требуемую гер­ метичность при длительном сроке службы, не подвержено влия­ нию температурных колебаний и химически инертно к сопри­ касающимся деталям и жидкостям; кроме того уплотнение должно быть простым в изготовлении и эксплуатации.

§5. Условия работы узлов трения в гидродомкратах

иосновные требования, предъявляемые к ним

Обычно гидродомкраты применяют в гидроприводах для вы­ полнения рабочих операций по подъему или опусканию различных грузов по перемещению или торможению движения элементов конструкции. Долговечность их имеет весьма большое значение

36