Гідравліка, гідро та пневмоприводи

 

Мiнiстерство освiти і науки України

Полтавський будівельний технікум транспортного будівництва

 

Гідравліка, гідро та пневмоприводи

 

ОПОРНИЙ КОНСПЕКТ

Студента групи___________________________

____________________________________________

спеціальность: 5.05050204 “Експлуатація та ремонт підйомно- транспортних, будівельних, дорожніх машин та обладнання”.

м. Полтава

ВСТУП.

Одним із головних засобів ефективного використання сучасних машин є наявність в них гідравлічних та пневматичних передач, різноманітних гідравлічних механізмів і обладнання.

Гідравлічні приводи володіють властивостями, які забезпечують гідрофікованим машинам і механізмам високі техніко-економічні характкристики.

При вивченні курсу “Гідравліка. Гідропневмоприводи” студенти повинні отримати теоритичні відомості з гідравліки, гідромашин, гідропередач і застосувати їх до вирішення технічних проблем.

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ.

Програма курсу “Гідравліка, гідропневмоприводи” розрахована на 135 годин, з яких 14 годин відводяться на виконання лаборатоорно практичних робіт.

дозволяє глибше вивчити предмети: “Дорожні машини”, “Вантажнопідйомна техніка”, “Експлуатація та ремонт машин”, та інші. За час вивчення предмету “Гідравліка, гідропневмоприводи” студенти мають… Студент повинен знати:

Студент повинен уміти

- користуватись термінологією

- застосовувати одиниці величини

- розв’язувати задачі гідравліки, гідропневмоприводу

- вибирати агрегати із числа серійновипускаємих

- читати і складати гідросхеми

- визначати несправності гідропневмоприводів і засоби їх усунення.

Програмою передбаченно виконання однієї домашньої контрольної

Вивчення курсу «Гідравліка, гідропневмоприводи» закінчується складанням заліку.   ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ.

R=M/V

 

У Cl розмірність питомої маси – кг/м³.

Питома вага- це відношення ваги, або сили тяжіння рідини, G до її об’єму V:

 

g=G/V=Mg/V=rg

 

Розмірність питомої ваги в Cl- H/м³.

Об’ємне стиснення- це зміна об’єму V і питомої маси r рідини зі зміною тиску. Об’єм Vp і питому масу rр зі зміною тиску Dr обчислюють за формулами

 

Vp=(1-bpDp)

rp=ro/1-bpDp

 

де Vo, ro- об’єм і питома маса за початкових умов;

bр- об’ємний коефіцієнт стиснення, тобто відносна зміна об’єму при дії одиниці тиску:

 

bр=DV/Vo 1/Dp

Пружність- це властивість рідини поновлювати свій об’єм після припинення дії сил. Її описує модуль пружності:

 

Е=1/bр

 

Для води Е=2000 МПа»20 000 кгс/см², тобто зі зміною тиску на 1кг/см² об’єм води змінюється всьго на 1/20 000 частин. Приблизно таке ж значення об’ємного модуля пружності мають інші рідини. Тому вважають, що рідини практично нестисливі.Об’ємний модуль пружності при обчисленнях беруть до уваги лише при високих тисках, великих об’ємах та у випадку гіравлічного удару.

 

 

Стисливість газів, на відміну від рідин, має велике значення. Для ідеального газу (таким газом можна вважати будь- який газ при тиску до 10 МПа) діє закон Клапейрона- Менделеева:

 

pV=MRT,

 

де р- тиск; V- об’єм; М- маса; Т- абсолютна температура газу; R- унівесальна газова стала. Для повітря R=287 Дж/кг×К, для природного газу – 520 Дж/кг×К. Враховуючи, що питома маса r=М/V, отримаємо

 

P=rRT; r=p/RT

 

Для реальних газів (це гази при тиску до 10 МПа) можна користуватися формулами

 

p=ZrRT; r=p/ZRT,

 

де Z- коефіцієнт стиснення газів.Значення коефіцієнтів Z при t=50^оС:

Тиск, МПа 10 20 30 40

Z 1,02 1,08 1,16 1,26

 

Температурне розширення- це зміна об’єму і питомої маси рідини зі зміною температури:

 

Vt=Vo(1-btDt);

 

rt=ro/1+btDbt,

 

де Vt, rt- об’єм і питома маса рідини при температурі t; Dt- зміна температури; bt- температурний коефіцієнт об’ємного розширення:

 

bt=DV/Vo 1/Dt

 

На значення bt впливають тиск і температура. Для води при t=20^oC і атмосферному тиску bt=20×10^-5 град^-1, для сталі bt=3×10^-5 град^-1.

В’язкість- властивість рідини чинити опір під час її руху. Дотичні напруження t між шарами рідини описує формула Н.П.Петрова за гипотезою Ньютона:

 

t=m×du/dy,

 

y де m- динамічна в’язкість, Па×с;

du/dy- градієнт швидкості, або

швидкість зсуву; y- відстань

u+du від стінки до шару ріди

dy u швидкістю u.

У гідравлічних розрахунках використовують поняття

y кінематичної в’язкості u

g=m/r

Рис 1. Розподіл швидкостей в’язкої рідини в перерізі потоку.

 

Її розмірність в системі СІ- м² /c, у системі СГС- см²/с; 1 см²/с

називається стоксом (Ст).

На в’язкість суттєво впливає темпераура. Зі збільшенням температури в’язкість рідини зменшується, а газів- зростає.

У гідравліці для теоритичних міркуваннь та висновків Л.Ейлер запропонував поняття ідеальної рідини. Це умовно нев’язка рідина, яка не розширюється, не стискається. Насправдї ми маємо справу з реальною рідиною, тобто будь-якою з усіма притаманними їй властивостями, що реально існує.

 

 

Питання для самоперевірки.

1. Що вивчає гідравліка?

2. В чому різниця між рідинами і твердими тілами?.

3. Що таке питома вага, густина, який зв’язок між ними? Вкажіть розмірність в системі Сі і в других системах.

4. Який зв’язок між коефіцієнтом об’ємного стиснення і об’ємним модулем пружності?

5. Що таке коефіцієнт температурного розширення?

6. Що називається в’язкісию рідини?

В чому суть гіпотези Ньютона про тертя?

7. Від чого залежать кінематичний та динамічний коефіцієнти в’язкості? Їх розмірність в системі СІ і других системах?

8. В чому різниця між ідеальною і реальною рідиною?.

Що називається тиском насиченої пари ідеальної рідини? Від чого вона залежить?

 

 

Тема 1.2. Основи гідростатики.

 

 

Література: (1) ст. 15-34, (2) ст. 24-44, (4) ст.10-29.

Методичні вказівки.

Тиск р – це відношення нормальної сили до площі S на яку діє ця сила

 

р=F/S

 

Вимірюється в системі СІ в паскалях (Па), 1 Па = 1 Н/м². Використовуються кратні одиниці : кПа=10³Па, мПа=10⁶ Па, в технічній системі 1 ксм/см²=9,8×10⁴ Па =10⁵ Па.

 

Розрізняють тиск, що відповідає абсолютному нулю і тиск атмосферний. (рис. 3)

Р Тиск у будь-якій точці на-

зивається абсолютним Р_абс. Тиск

Рн називається надлишковим або

Ратм. манометричним, якщо він

Р_абс Рвак. більший від атмосферного і ва-

кууметричним або просто ваку-

Рабс. умом – якщо він менший від

атмосферного.

Рис 2.Види тиску.

 

 

Основне рівняння гідростатики має вигляд:

 

Z+=const

 

де Z – геометрична висота точки відповідно якоїсь площини порівняння;

р/rq – п’єзометрична висота, тобто та висота на яку піднімається рідина в трубці (п’єзометрі).

Суть основного рівняння гідростатики полягає в тому, що для різних точок нерухомої рідини сума геометричної і п’єзометричної висот незмінна.(Мал.4.)

Рис3.Тиск у рідині

 

 

Друга форма запису основного рівняння гідростатики:

 

Р=р0+rqh

Тиск р у довільній точці нерухомої рідини дорівнює сумі тиску від висоти стовпа рідини rqh (рис. 3). Використовуючи властивості тиску і рівняння р=р0+rq можна побудувати епюри… Рис.4. Епюри тиску на стінки.

Числа Рейнольдса.

де V-середня швидкість руху рідини. R-гідравлічний радіус. n-кінематична в’язкість.

Дарсі – Вайсбаха

h_l=

де l - гідравлічний коефіцієнт тертя (коефіцієнт Дарсі);

l – довжина трубопроводу;

d – діаметр трубопроводу;

v – середня швидкість рідини.

При ламінарному режимі коефіцієнт Дарсі обчислюється теоретично

 

L=64×Re

З врахуванням цієї формули після перетворень отримаємо декілька видів формули Пуазейля:  

Розв’язок.

   

Кінець МОДУЛЯ №1

Тема 2.1. Загальні повідомлення про гідравлічні машини.  

PV=MRT

де V – об’єм повітря, м³ ;

р – тиск, Па ;

М – маса газу, кг ;

R – універсальна газова стала, R_n=287,1 Дж/(кг×К) ;

Т – температура, К.

Тепломісткість повітря в інтервалі від 0° до 100°С практично незмінна.

Ізобарна питома тепломісткість 1,01 Дж/(кг×К) , а ізохорна – 0,72 кДж/(кг×К) .

В’язкість повітря дуже мала і рівна при температурі 20°С всього 18,5мкПа×с .

Стисливість повітря, характеризуюча його пружність, вказує на зміну об’єма при збільшенні тиску. Об’ємна стисливість визначається

b_і=DV/(VDp) , Па^-1

де V – початковий об’єм, м³ ;

DV – зменшення об’єму, м³ ;

Dр – збільшення тиску, Па .

Повітря, що використовується в пневмоприводі, повинно відповідати вимогам, вказаним в Держстандарті (ГОСТ 11882-73) . Чистота стиснутого повітря, відповідно ГОСТ 17433-80 підрозділяється на 15 класів забрудненості: 0, 1, 2, …, 14. Забруднення стиснутого повітря включають механічні і газоподібні домішки, вологу і компресорне мастило в пароподібному стані.

 

Питання для самоперевірки.

1. Принцип дії і конструктивні типи пневматичних двигунів.

2. Де використовують стиснуте повітря, вироблене пересувними компресорними станціями?

3. Для яких робіт в будівництві необхідне особливо чисте повітря?

4. Як устроєні фільтри для очистки стиснутого повітря?

5. Перерахуйте параметри повітря.

6. Класифікація, та принцип дії пневматичних ручних машин.

7. Особливості експлуатації пневматичних ручних машин.

8. Техніка безпеки з пневмоустановками.

 

Тема 3.4. Системи керування машин з пневматичним приводом.

 

Призначення системи керування. Схеми систем керування, елементи схем, тиск повітря у системах. Позитивна властивість в порівнянні з гідравлічним приводом.

Література:(11) с. 317-344.

 

Методичні вказівки.

 

Пневматичні системи керування широко застосовуються завдяки відносній простоті виготовлення, плавності ввімкнення механізмів і використанню в якості робочої рідини атмосферного повітря. Наряду з цим застосування відносно невисоких тисків (до 1 мПа) збільшує габаритні розміри і масу системи, а замерзання конденсату затрудняє керування при низьких температурах.

При розгляді цієї теми необхідно розглянути схему системи керування декількох машин (наприклад: екскаватор ЭО 4111Б і автомобіля КамАЗ 5410), простежити “шлях” тиску до виконавчих органів, з’ясувати принцип дії пневмоапаратури і обладнання.

 

Питання для самоперевірки.

1. Призначення пневматичної системи керування.

2. Властивості пневматичних систем керування.

3. Показати на схемі пневматичної системи керування однієї із машин шлях тиску до виконавчих органів і пояснити принципи дії пневмообладнання.

4. Назвати головні несправності пневмоприладів.

 

РОЗДІЛ 4. Експлуатація та ремонт машин з гідро-пневмоприводами.

Тема 4.1.Експлуатаціія машин з гідро-пневмоприводами.

 

Привила експлуатації гідро-пневмоприводі. Особливості експлуатації приводів в умовах низьких і високих температур оточуючого повітря.

Література:(5) c. 143-152.

Методичні вказівки.

 

При переході до весняно-літнього періоду умови експлуатації машин в основному покращуються, але підвищення температур вище 35°С приводить до помітного зниження в’язкості робочої рідини, в результаті чого робочі властивості помітно погіршуються, що приводить до швидкого зношування елементів гідроприводу і збільшенню втрат рідини.

В цей період значно зростає вміст пилу в повітрі, що приводить до забруднення фільтрів і проникнення абразивів в вузли гідро-пневмоприводів.

Осінньо-зимовий період роботи машини характеризується зниженням температури і появою снігу, що тягне за собою значне погіршення умов експлуатації і втрату машинами продуктивності.

На швидкість зношування гідроприводів взимку впливає:

- зміна фізико-механічних властивостей перероблюємих матеріалів (промерзання грунта);

- проникнення в закриті порожнини часток снігу, льоду, підвищення вологості визиває інтенсивну корозію деталей гідропневмоприводів;

- при зниженні температури спостерігається збільшення в’язкості робочої рідини, в результаті чого зростають гідравлічні втрати в трубопроводах, а у всмоктувальному трубопроводі утворюється розрідження, що сприяє кавітаційному зносу в насосах, розподільниках і клапанах.

В пневмосистемах головною причиною відмов при низьких температурах є:

- замерзання в вузлах конденсата;

- поява в волого-, масловідокремлювачі і ресиверах масляного конденсата, який попадає в систему керування і виводить її з ладу;

- інтенсифікація корозії від попадання в вузли вологи.

При зниженні температури відбувається погіршення властивостей гумових виробів, які втрачають еластичність і стають крихкими, знижується міцність жорстких трубопроводів із-за виникнення явища холодноламкості метала.

Таким чином гідропневмоприводи машин, призначених для роботи при низьких температурах повинні мати в своїй конструкції певні удосконалення, до основних із яких можна віднести:

- застосування холодостійких матеріалів;

- установка підігрівачів на відповідних вузлах;

- забезпечення швидкого, легкого, ефективного пуска гідропневмосистеми в роботу.

Перехід на весняно-літній період експлуатації проводиться при температурі, яка тримається більше +5°С . З цією метою виконують слідуючі головні заходи:

- переходять на літні марки робочої рідини;

- ремонтують і здають на склад зимове обладнання (водо-, маслогрійки, чохли, тощо);

- сезонне технічне обслуговування, доповнене контролем і ремонтом фільтрів, радіаторів, вентиляторів і фарбуванням.

При переході на осінньо-зимовий період експлуатації (при опусканні температури нижче +5°С) пневмопривід машини підлягає помимо сезонного обслуговування і необхідного ремонту цілому ряду спеціальних заходів.

Приводи розбирають, їх елементи промивають чистим неетильованим бензином. В трубопроводах виправляють вмятини і викривлення, перевіряють і регулюють клапани, золотники, датчики-регулятори, гальмові камери, гідро-, пневмоциліндри. При необхідності замінюють гумові вироби на холодостійкі. На гідроємності і жорсткі трубопроводи наносять теплоізоляційний шар, або просто утеплюють технічною ватою.

Клапани, фільтри, гідророзподільники утеплюють захисними чохлами із вати, парусини, тощо.

Гідросистему заливають робочою рідиною прогрітою до 50°-60°С. В процесі експлуатації при внутрішньозмінних простоях необхідно підтримувати циркуляцію рідини в системі. З цією метою допускаються холості ввімкнення робочих органів машини.

Допускається підігрівання вузлів гідросистем (насосів, золотникових розподільників і трубопроводів) гарячим повітрям, але ні в якому разі відкритим полум’ям. Застосування відкритого полум’я приводить до видалення з робочої рідини легких фракцій і підгоранню з відкладенням смолистих речовин.

 

Питання для самоперевірки.

 

1. Які небажані явища відбуваються при експлуатації гідро-пневмоприводів у умовах високих температур оточуючого повітря?

2. Які небажані явища виникають при експлуатації гідро-пневмоприводі в умовах температур оточуючого повітря?

3. Охарактеризуйте заходи по підготовці гідро-пневмоприводів машин до літньої експлуатації.

4. Охарактеризуйте заходи по підготовці гідро-пневмоприводів машин до зимової експлуатації.

 

Тема 4.2. Технічне обслуговування і ремонт гідро-пневмоприводів.

 

Технічне обслуговування і ремонт гідропневмоприводів. Діагностування приводів, його призначення. Параметри, що визначають при діагностуванні. Організація ТО і ремонту приводів. Пересувні майстерні для ТО і ремонту гідроприводів. Спеціалізовані пости діагностики. Експлуатація, очищення і залив робочої рідини гідроприводів.

 

Методичні вказівки.

 

ТО і ремонт гідропневмообладнення проводиться в рамках прийнятої для дорожніх і будівельних машин системи планово-попереджувального технічного обслуговування і ремонту (ППР).

Згідно “Рекомендацій“ гідрообладнання підлягає щоденному технічному обслуговуванню (ЩО) і періодичним технічним обслуговуванням (ТО-1, ТО-2, ТО-3), які проводяться в середньому через 60, 240, 960 мотогодин. Помимо цього, при переході до зимової і літньої експлуатації проводиться сезонне технічне обслуговування (СО).

В залежності від режиму роботи допускається відхилення встановлених періодичностей в межах ±10%.

Технічне обслуговування. Для кожного вида технічного обслуговування існує перелік робіт, які проводяться в особливому порядку незалежно від конкретного технічного стану гідропривода.

При ЩО машини необхідно перевіряти рівень робочої рідини в баці, температуру нагріву в робочому стані, піноутворення, наявність підтікань; сторонні шуми і стуки; плавність виконання робичх операцій. Якщо в гідроприводі є встроєні датчики, то контролю підлягає ступінь чистоти робочої рідини на вміст в ній повітря.

В прцесі ТО-1, помимо робіт по ЩО, визначають інтенсивність нагріву робочої рідини і загальний об’ємний коефіцієнт корисної дії або тривалість робочих циклів. Одночасно, більш детально перевіряють запобіжні і перепускні клапани і фільтри.

Поведення ТО-2 супроводжується, помимо всіх контрольних робіт передбачених ТО-1, поглибленим діагностуванням гідроапаратури і визначенням вмісту повітря в робочій рідині.

Діагностування гідроприводу при ТО-3, СО і поточному ремонті відрізняється від діагностування, проведеного при ТО-2, тільки поглибленим аналізом стану робочої рідини.

Нормальними умовами для експлуатації гідроприводів вважається: відносна вологість до 100% ; висота роботи машини з гідроприводом не більше 2200 м над рівнем моря ; перепад температури за 8 годин роботи – не більше 40°С ; температура навколишнього повітря для машин, що працюють в холодному, помірному, жаркому кліматі відповідно +25 … -60°С , +40 … -40°С , +45 … -10°С.

В процесі технічного обслуговування на мийку гідропривода однієї машини затрачується 0,2 – 0,6 год , на регулювання гідропривода 2¸2,5 , на заливку і заправку робочої рідини – 2 – 6 год , на діагностування – 0,8 – 1,2 год.

Діагностування. При загальному діагностуванні гідропривода встановлюється ступінь відповідності його робочих характеристик паспортним, що дозволяє зробити висновок про можливість подальшої експлуатації.

З цією метою визначають: тривалість робочих циклів гідрофікованого робочого обладнання; величину розвинутого робочим обладнанням зусилля; інтенсивність нагріву робочої рідини та її температуру при усталеному режимі роботи; концентрацію продуктів зносу в робочій рідині, а також її робочі характеристики (в’язкість, наявність повітря, вологи, тощо). На основі цих даних можна оцінити технічний стан гідропривода шляхом підрахунку його ефекивної потужності об’ємного ККД і стану робочої рідини.

Ремонт. Специфікою ремонта гідроапаратури являється необхідність забезпечення високої точності виконання робіт, так як деталі гідроапаратури виконуються, в основному, по 5…6 квалітету точності.

Як правило, ремонт гідроапаратури виконується на спеціалізованому ремонтному підприємстві, яке використовує заводську технологію і проводить ремон по поточному обезособленому методі. Однак в зв’язку з тим, що таких підприємств поки що мало, можлива організація і відновлення гідроапаратури на утворених в складі ремонтних заводів спеціалізованих дільниць, оснащених необхідним обладнанням і інструментом.

Гідропривод ремонтують або в процесі загального ремонта машини тупіковим, постовим чи поточним методом, або агрегатним методом. При любому із методів ремонт всіх елементів гідропривода повинен виконуватись на спеціалізованих дільницях з дотриманням відповідних квалітетів точності.

Комплексна система ТО і ремонту повинна включати в себе:

- дільницю діагностування, в складі якої повинні бути: стаціонарний пост діагностування, де діагностуються машини, які проходять ТО і ремонт безпосередньо на базі механізації; мобільні установки, за допомогою яких діагностуються машини на місцях експлуатації; лабораторія по контролю за якістю робочої рідини, що знаходиться в гідросистемах працюючих машин.

- дільницю ТО, на якій передбачені лінії ТО зі спеціалізованими постами пообслуговуванню гідро-пневмоприводів, пост очистки робочої рідини, мобільні установки ТО, що спеціалізуються на обслуговуванні машин з гідроприводом.

- дільницю поточного ремонту в складі стаціонарного ремонтного поста, мобільних станцій “Техдопомога”, призначених для ремонту гідропневмоапаратури, складу запчастин.

Перераховані дільниці розміщуються на базах механізації управлінь механізації.

Капітальний ремонт необхідно організувати в спеціальних цехах або на заводах, що обслуговують декілька трестів механізації.

Експлуатація робочої рідини. В прцесі експлуатації робочої рідини, вона поступово втрачає свої експлуатаційні якості, що приводить до погіршення роботи гідроприводу. З метою усунення небажаних явищ, необхідно приділяти велику увагу питанням експлуатації робочої рідини, яку умовно можна розділити на два етапи:

- діагностування, метою якого є встановлення відповідності основних характеристик робочої рідини нормативним і прийняття рішення про подальшу експлуатацію;

- технічна експлуатація робочої рідини, в задачу якої входить її транспортування, прийомка, зберігання, роздача, регенерація і зміна в гідроприводі машин.

В процесі експлуатації основними дефектами робочої рідини є:

- забруднення, що є результатом попадання в неї частинок абразива, продуктів корозії, повітря, води і інших забруднень. Забруднені робочі рідини підлягають очистці або заміняються.

- зниження в’язкості, що відбувається внаслідок старіння робочої рідини, визваного деструкцією її молекул при дроселюванні через малі отвори при великих перепадах тиску, впливу високих температур, окисленню і іншими процесами. Робочі рідини з пониженою в’язкістю замінюються.

Питання для самоперевірки.

 

1. Яким видам обслуговування і ремонту підлягають гідроприводи машин. Їх періодичність, тривалість?

2. Основні види робіт при технічному обслуговуванні гідроприводів.

3. Основні види робіт, що виконуються при діагностуванні. Параметри, що визначаються при діагностуванні.

4. Основні види робіт, що виконуються при ремонті гідроприводів.

5. Організація ТО і ремонта гідроприводів на базах механізації.

6. Організація ТО і ремонта гідроприводів пересувними спеціалізованими засобами.

7. Технічна експлуатація робочих рідин.

Кінець МОДУЛЯ №2

  Список літератури.