книги из ГПНТБ / Макаров Г.В. Уплотнительные устройства

На рис. 29 представлено изменение температуры на наружной

Как видно из этого рисунка, при применения уплотнения, со­ стоящего из одной манжеты (ГОСТ 6969—54) и двух шевронных манжет (ГОСТ 9041—59), через 10—15 мин. после начала работы

Рис. 29. Изменение температуры цилиндра гидрав­ лического агрегата в зависимости от продолжи­

При применении шевронных манжет из доместика и нажимных колец из текстолита температура растет очень быстро. Так, в те­ чение 1—2 ч работы при давлении 400—500 кгс/см2 температура цилиндра достигает примерно 120—200° С, при этом текстолитовые кольца по рабочей поверхности обугливаются и иногда имеет место повреждение хромового покрытия стальных деталей.

Применение фторопластовых защитных шайб уменьшает на­ грев, вследствие уменьшения выдавливания резины в зазоры и улучшения смазки из-за увеличения утечки жидкости.

При других уплотнениях, например состоящих из уплотни­

60

Как видно из рис. 29, допускаемое давление при длительной работе с учетом нагрева для манжет не должно превышать при­ мерно 50—100 кгс/см2 .

Необходимо выработать методику расчета температуры дета­ лей и масла в гидравлическом цилиндре с учетом отдачи тепла окружающему воздуху. . .

Рассмотрим этот вопрос применительно к агрегатам с возврат­ но-поступательным движением при Наличии в агрегате замкнутого объема жидкости (как наихудший случай).

Приближенное определение температуры гидравлического агрегата

Определение средней температуры агрегата при неустановив­ шемся тепловом режиме. Рассматриваемый диапазон температур

где t0— температура окружающего воздуха; ty — температура при установившемся тепловом режиме при длительной работе.

Принимаем температуру масла и всех частей агрегата одина­ ковыми.

Тепло, выделяемое в агрегате за Тч, равно Q'T, где Q' — количество тепла, выделяемое в единицу времени в ккаЛ/ч.

Тепло, отдаваемое наружной поверхностью цилиндра окру­ жающему воздуху,

вес металлических частей и жидкости в кгс; сх — теплоемкость металла, сх 0,12 ккал/град; с 2 — теплоемкость жидкости с 2

^0,4 ккал/град; я|з — коэффициент, учитывающий отвод тепла

Q ' - S a , ( l + i M - I ^ -

61

тельных расчетов. Однако, как показывают эксперименты, тем­ пературы жидкости и отдельных частей агрегата часто значи­ тельно отличаются друг от друга, особенно при неустановившемся тепловом режиме, который может длиться несколько часов.

Поэтому при анализе работы гидравлического агрегата очень часто бывает необходимо знать более точное изменение во времени температуры жидкости и отдельных частей агрегата.

С этой целью рассмотрим тепловой режим при работе основных гидравлических агрегатов.

Нагрев рабочего гидроцилиндра. Основным источником нагрева является работа сил трения в уплотнениях поршня и штока.

Количество тепла, выделяемое в единицу времени в уплотнениях штока

^1Т Р Ля60

Qi = — — ккал/ч,

в уплотнениях поршня

>FoT phn60

Q2 = — 4 3 7 — ккал/ч.

Общее количество тепла, выделяемое в единицу времени,, в гидро­ цилиндре

Q = Qi + Q2-

Обозначения:

h — длина хода поршня в м; F l T P = F l n p + F l o 6 p — сум­ марная сила трения в уплотнениях штока при прямом и обратном ходах; суммарная сила трения в уплот­ нениях поршня при прямом и обратном ходах; п — число рабочих циклов в минуту.

Суммарная сила трения:

62

штока

Q3— количество тепла, передаваемое от цилиндра в воздух. Предполагаем, что количество тепла, выделяющееся от работы

сил трения за бесконечно малый промежуток времени в уплот­ нениях штока, dQ\ передается штоку, а от него частично на нагрев жидкости dQ[ и в окружающий воздух dQ'r На нагрев штока идет тепло dQ4 . Точно так же предполагаем, что количество тепла, выделившееся на поверхности трения уплотнений поршня, dQ*;

Температура нагрева цилиндра и штока, согласно опытным данным, выше температуры жидкости.

'Уравнения передачи тепла:

dQl = dQ[ + dQ3 + dQ4 = Q[ dT;

(51)

dQl = dQ'l + dQ2 + dQ3 = Q2 dT.

Общее количество выделяемого тепла dQ = dQ\ - f dQl

Количество тепла, отдаваемое окружающему воздуху за

Раскроем значения дифференциалов

Из рассмотрения теплового баланса получаем

dQ = dQx + dQ 2 + dQ3 + dQ4 .

63

к окружающему воздуху, от штока к жидкости, от штока к окру­ жающему воздуху в м2 .

Систему дифференциальных уравнений (54), (55) и (56), свя­ зывающую искомые величины, можно написать в следующем виде:

dTdtk- — Сuti - j - C12t2 -\~ C1 4 ^4 ; 1

где C u , C1 2 , C1 4 , C2 1 , C2 2 , C4 1 , C.,4l B2 и B4 —постоянные коэффи­ циенты, определяемые из уравнений (54), (55) и (56). Система

уравнений (57) представляет собой систему линейных дифферен-

64

1 1 1 0 1 1

Рассмотренной выше методикой определения нагрева можно воспользоваться и для других гидравлических агрегатов, напри­ мер гидравлических тормозов, буферов, зубчатых редукторов и др.

Тепловой режим некоторых разновидностей гидравлических агрегатов

Тепловой режим гидравлического тормоза. Дополнительные

коэффициент теплоотдачи от жидкости к штоку и площадь соот­

66

Рис. 30. Схема к тепловому расчету гидравличе­ ского тормоза:

! — масло; 2 — цилиндр; 3 — шток с поршнем; 4 — веретено.

Уравнения теплоотдачи путем конвекции:

=(tj_ — /2 ) — a s S 3 (t2 — t0);

~= a 4 S 4 (tx — /4);

67

Уравнения (61) и (62) могут быть написаны в следующем виде: dtdT1 — Cllh + Сцк + ^14^4 + ^lbk 4"

dT

Уравнения (63) представляют собой систему неоднородных дифференциальных уравнений первого порядка с постоянными коэффициентами. Решение этих уравнений производится анало­ гично рассмотренному выше для гидравлического цилиндра.

Окончательные уравнения, выражающие температуру деталей, имеют следующий вид:

68

а также наоборот, в гидравлическом цилиндре при возвратно-

сельта, зависящий от Re/Pr/ и Ргш , вычисляемый по соответству­ ющим формулам; Рг/, Ргш —соответственно критерии Прандтля, вычисленные по средней температуре жидкости t; и температуре

стенки tw\ Рг/ — — критерий Прандтля; щ — м2 /ч —

коэффициент температуропроводности; с — удельная весовая теп­ лоемкость; у — удельный вес; v — кинематический коэффициент вязкости; w± — скорость протекания жидкости; d — диаметр штока, или цилиндра; % — коэффициент теплопроводности.

15. МЕХАНИЧЕСКИЙ К. П. Д. ГИДРОЦИЛИНДРОВ

сКОНТАКТНЫМИ УПЛОТНЕНИЯМИ

Учитывая потери энергии на трение в уплотнениях, механи­ ческий к. п. д. будет

69