Безопасность жизнедеятельности Методические указания

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

Методические указания

к лабораторной работе № 7

«Определение гидравлических характеристик

гидрораспределителей и фильтров»

Министерство образования Республики Беларусь

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное учреждение высшего профессионального образования

БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

М Е ТО Д И Ч Е С К И Е У К А З А Н И Я

к лабораторной работе № 7

«Определение гидравлических характеристик

гидрораспределителей и фильтров»

Составили: доцент Мрочек В.И.

инженер Мрочек Т.В.

Рецензент: доцент Галюжин С.Д.

Методические указания

утверждены на заседании кафедры

«26» 09 2003 г.

Протокол №1

Могилев 2003

7.1 Цель работы

1 Изучение различных типов гидрораспределителей и фильтров;

2 Изучение методики и экспериментальное определение гидравличес-ких характеристик гидрораспределителя и фильтра.

7.2 Краткие теоретические сведения

В связи со сложностью процессов, протекающих во многих гидравлических устройствах, характеристики последних чаще всего определяют экспериментально. К таким устройствам относятся практически все устройства, относящиеся к гидроаппаратам, а также к кондиционерам рабочей жидкости.

Задачу определения гидравлических характеристик рассмотрим на примере таких широко распространенных устройств, как гидрораспределитель и фильтр.

Гидрораспределители относятся к направляющим гидроаппаратам, а фильтры – к кондиционерам рабочей жидкости.

Классификация гидрораспределителей:

в зависимости от числа рабочих позиций: двух-, трех- и четырехпозиционные;
в зависимости от числа внешних гидролиний: двух-, трех-, четырехлинейные и т.д.;
по типу запорно-регулирующего элемента (запорно-регулирующий элемент – подвижная деталь или группа деталей гидроаппарата, при перемещении которой частично или полностью перекрывается рабочее проходное сечение): золотниковые, крановые, клапанные;
по конструкции золотника: с плоским и цилиндрическим золотником;
по способу управления – вручную или электрическими, гидрав-лическими, механическими, пневматическими устройствами.

По характеру открытия рабочего проходного сечения различают гидрораспределители регулирующие и направляющие.

Направляющий гидрораспределитель – направляющий аппарат, предназначенный для управления пуском, остановкой и направлением потока рабочей жидкости путем полного открытия или полного закрытия рабочего проходного сечения в двух или более гидролиниях в зависимости от наличия внешнего управляющего воздействия.

Дросселирующий гидрораспределитель – регулирующий гидроаппарат, предназначенный для управления давлением, расходом и направлением потока рабочей жидкости в нескольких гидролиниях одновременно путем частичного открытия рабочего проходного сечения в соответствии с изменением внешнего управляющего воздействия.

Из этих определений следует, что гидрораспределитель может выполнять функции переключателя и дросселя.

Проектируемые гидроприводы чаще всего содержат несколько гидродвигателей, установленных в различных контурах, управление которыми может осуществляться на основе одной из трех следующих схем: параллельной, последовательной, индивидуальной. Основным элементом, обеспечивающим реализацию одной из указанных выше схем управления, является гидрораспределитель. При этом чаще всего используются гидрораспределители с несколькими регулирующими элементами золотникового типа.

При параллельной схеме возможна одновременная работа всех гидродвигателей, причем жидкость с выхода каждого гидродвигателя через соответствующий золотник гидрораспределителя поступает на слив.

При последовательной схеме управления также обеспечивается возможность одновременной работы всех гидродвигателей. Но в этом случае рабочая жидкость с выхода гидродвигателя первого контура управления поступает через гидрораспределитель не на слив, а к гидродвигателю второго контура. Такая схема используется в том случае, когда необходимо обеспечить синхронное движение выходных звеньев гидродвигателей, установленных в различных контурах управления. Следует отметить, что обе схемы (параллельная и последовательная) позволяют обеспечить также работу каждого отдельно взятого контура управления.

При индивидуальной схеме невозможна одновременная работа гидродвигателей, установленных в различных контурах управления. При одновременном включении нескольких контуров вступает в работу только один, причем тот, золотник гидрораспределителя которого расположен ближе к напорной линии насоса.

Вопросы реализации рассмотренных схем управления подробно рассмотрены в работах [1, 4].

Важным требованием, которое необходимо учитывать при проектировании гидропривода, является обеспечение при установке золотников гидрораспределителя в позицию «нейтральная» разгрузки насоса, что достигается соединением напорной линии насоса со сливом, вследствие чего уменьшается давление в напорной линии насоса, а, следовательно, и отбор мощности на привод насоса.

Многозолотниковые гидрораспределители по конструктивному исполнению корпуса разделяют на моноблочные и секционные.

Регулирующие элементы в моноблочном гидрораспределителе расположены в одном корпусе.

Секционные гидрораспределители собирают из секций. Конфигурация гидрораспределителя определяется его функциональным назначением.

Основными параметрами гидрораспределителей являются номинальный расход Qном, номинальное давление рном, условный проход Dу.

Гидроаппараты выбирают по условным проходам в соответствии с номинальным давлением в гидросистеме и расходом, проходящим через гидрораппарат.

Структура условного обозначения гидрораспределителей в различных отраслях машиностроения содержит различные параметры. Для гидрораспределителей мобильных машин условные обозначения приведены в [1], для гидрораспределителей станочных гидроприводов условные обозначения приведены в [3].

Правила построения условных графических обозначений распределителей на схемах устанавливает ГОСТ 2.781-96. В обозначении распределителя указывают следующие элементы: позиции запорно-регулирующего элемента; внешние линии связи, подводимые к распределителю; проходы и элементы управления. Число позиций изображают соответствующим числом квадратов или прямоугольников. Проходы изображают прямыми линиями со стрелками, показывающими направление потоков рабочей жидкости в каждой позиции, а места соединений проходов выделяют точками; закрытый ход изображают тупиковой линией с поперечным отрезком. Чтобы представить принцип работы распределителя в рабочей позиции, необходимо мысленно на схеме передвинуть соответствующий квадрат обозначения на место нейтральной позиции, оставляя линии связи в прежнем положении. Тогда проходы рабочей позиции укажут истинное направление потока рабочей жидкости. Гидрораспределитель на схемах изображают всегда в нейтральной позиции, к которой подводят все линии связи.

Рисунок 1 – Схемы гидрораспределителей:

а) направляющий двухлинейный двухпозиционный с управлением от электро- магнита;

б) направляющий двухлинейный двухпозиционный с гидравлическим управ- лением;

в) направляющий трехлинейный двухпозиционный с управлением от кулачка и пружинным возвратом;

г) направляющий четырехлинейный трехпозиционный с электрогидравличе- ским управлением;

д) дросселирующий четырехлинейный трехпозиционный с ручным управлением (выполняет функции дросселя, на что указывают две параллельные линии в изображении гидрораспределителя)

Условные графические обозначения едины для золотниковых, крановых и клапанных гидрораспределителей, то есть они не отражают конструкцию запорно-регулирующих элементов.

Кондиционерами рабочей жидкости называются устройства, предназначенные для получения необходимых качественных показателей и состоя-

ния рабочей жидкости.

В машиностроительных гидравлических приводах применяются два вида кондиционеров: теплообменники и отделители твердых частиц.

Теплообменники – устройства, предназначенные для обеспечения заданной температуры рабочей жидкости.

Отделитель твердых частиц – это устройство для отделения от рабочей жидкости твердых загрязняющих примесей. Отделители твердых частиц характеризуются качеством (тонкостью) фильтрации, под которым понимают способность задерживать (отделять) из рабочей жидкости частицы соответствующих размеров. По качеству фильтрации отделители твердых частиц бывают грубые, задерживающие частицы с условным диаметром до 100 мкм; нормальные – до 10 мкм; тонкие – до 5 мкм; особо тонкие – до 1 мкм.

По принципу действия отделители твердых частиц делятся на сепараторы и фильтры.

Сепараторы – это отделители твердых частиц, в которых очистка рабочей жидкости происходит под воздействием каких-либо сил. В зависимости от физической природы действующей силы сепараторы разделяются на магнитные, центробежные, электростатические, вибрационные.

Фильтр – это отделитель твердых частиц, в котором очистка происходит при прохождении рабочей жидкости через фильтрующий элемент.

Различают фильтры линейные и встроенные. Линейные фильтры устанавливают в трубопроводы. Встроенные фильтры устанавливают в крышки гидробаков.

В зависимости от формы фильтрующих отверстий фильтры бывают: щелевые, сетчатые и пористые.

В общем машиностроении в основном необходима грубая или нормальная фильтрация, реже – тонкая. Поэтому пористые фильтры, обеспечивающие тонкую и особо тонкую фильтрацию, используются редко, а наиболее широко применяют щелевые и сетчатые фильтры.

Включение фильтров (сепараторов) в гидросистему производится по двум схемам:

последовательное включение – через фильтр проходит вся рабочая жидкость;
параллельное – происходит фильтрация только части потока, направляемого к наиболее ответственным агрегатам.

В большинстве случаев целесообразно использовать в гидросистеме обе схемы фильтрации, включая последовательно фильтр грубой (нормальной) очистки, а перед ответственными агрегатами в соответствующем потоке – фильтр тонкой очистки.

По назначению различают фильтры всасывающие, напорные, сливные (то есть установленные соответственно во всасывающей, напорной, сливной гидролиниях).

Наиболее эффективной является установка фильтра на всасывании насоса, так как в этом случае очищается весь поток жидкости на входе в гидросистему. Однако в этом случае при загрязнении фильтра в процессе эксплуатации и увеличении вследствие этого потерь во всасывающем трубопроводе может нарушиться работоспособность насоса из-за наступления кавитации.

Установка фильтра в напорной линии насоса позволяет эффективно очищать рабочую жидкость, но при этом увеличивается масса фильтра, корпус которого в этом случае находится под воздействием высоких давлений.

На мобильных машинах в гидроприводах с разомкнутой циркуляцией чаще всего применяется полнопоточная фильтрация рабочей жидкости на сливе.

В гидроприводах с замкнутой циркуляцией фильтр чаще всего устанавливают в напорной линии насоса подпитки.

Фильтры с цилиндрическими бумажными фильтроэлементами используют для установки в сливных гидролиниях. Линейные фильтры устанавливают в напорных линиях.

Потери давления на фильтре с увеличением вязкости рабочей жидкости возрастают. Вязкость же увеличивается при понижении температуры. Поэтому при разработке принципиальной схемы гидропривода фильтр на сливе рекомендуется устанавливать перед теплообменником.

К основным параметрам фильтров относят номинальную тонкость фильтрации δ, мкм; номинальное давление жидкости рном; номинальный расход жидкости; условный проход; допустимый перепад давлений на фильтроэлементе; ресурс работы фильтроэлемента.

Выбор фильтра осуществляется по номинальному расходу рабочей жидкости в месте установки, а также необходимой для данного гидропривода тонкости фильтрации. Следует учитывать также номинальное давление, на которое рассчитан фильтр.

Условные графические изображения фильтров приведены на рисунке 2.

фильтр;
фильтр с магнитным сепаратором;
фильтр с индикатором загрязненности

Рисунок 2 – Условные графические изображения фильтров

Структура обозначений фильтров, используемых в разных отраслях промышленности, различна. В данной лабораторной работе объектом исследований является пластинчатый фильтр типа 40-80-1 УХЛ4, где: 40 – номинальная пропускная способность, л/мин, 80 – номинальная тонкость фильтрации, мкм, 1 – максимально допустимый перепад давлений, МПа, УХЛ4 – климатическое исполнение.

Графическую зависимость перепада давлений от расхода через гидрораспределитель или фильтр ∆р = f(Q) называют гидравлической характеристикой гидрораспределителя или фильтра (рисунок 3). Гидравлические характеристики строят при постоянных значениях кинематической вяз-кости жидкости ν.

Перепад давлений на фильтро-элементе зависит от степени загрязненности фильтрующей перегородки во время работы фильтра. Чем больше времени t фильтр находится в работе, больше он засоряется. При этом перепад давлений на фильтроэлементе увеличивается.

Иногда при выполнении расчетов потери давления на гидрораспределителях и фильтрах учитывают не на основе использования их гидравлических характеристик, а считают эти устройства местными гидравлическими сопротивлениями. При этом необходимо знать коэффициенты местных сопротивлений этих устройств.

коэффициент местного сопротивления ζ любого устройства (в нашем случае фильтра или распределителя) равен:

(1)

где – перепад давления на местном сопротивлении, в данном случае – на гидрораспределителе ∆рр или на фильтре ∆рф;

di4 – диаметры гидролиний, в которых установлены исследуемые устройства (гидрораспределитель (dР) и фильтр (dФ)).

Выражение (1) получено из уравнения Вейсбаха.

Обычно в гидравлических расчетах пользуются понятием “потери давления”, но иногда бывает необходимо знать потери мощности в гидросистеме.

Потери мощности NПОТ на гидрораспределителе и на фильтре можно рассчитать по формуле:

(2)

7.3 Экспериментальная установка

Общий вид экспериментальной установки и ее основные элементы приведены на рисунке 4.

Гидравлическая принципиальная схема экспериментальной установки представлена на рисунке 5.

Насос Н приводится во вращение от электродвигателя М. для измерения давлений в напорной линии, на выходе гидрораспределителя Р и фильтра Ф используются манометры МН1, МН2, МН3. С помощью переливного клапана КП поддерживается давление в гидросистеме путем постоянного перепуска жидкости на слив. Устанавливая разные уровни давления, можно добиться того, что через систему проходят различные расходы рабочей жидкости. Измерение времени при определении расхода осуществляется с помо-

щью электрического секундомера ЭлС.

Рисунок 4 – Общий вид экспериментальной установки

7.4 Проведение испытаний и обработка результатов

7.4.1 Подготовка установки к работе

Перед включением установки необходимо полностью вывернуть маховичок управления переливным клапаном КП. В этом случае давление срабатывания клапана КП будет минимальным. Большую часть жидкости клапан будет направлять на слив, а через исследуемые объекты (гидрораспределитель, фильтр) будет проходить минимальный расход.

7.4.2 Методика проведения испытаний

Необходимо:

включить электродвигатель привода насоса и дать возможность поработать установке в течение 3…5 мин;
провести исследования по определению гидравлических характеристик гидроаппаратов. При этом необходимо провести 7…9 опытов. При переходе от одного опыта к другому необходимо изменять расход рабочей жидкости через исследуемые объекты, что достигается путем воздействия на маховичок клапана КП. При вворачивании маховичка расход жидкости через исследуемые объекты увеличивается. В каждом опыте необходимо измерять:

- давления р1, р2, р3;

- время t прохождения объема W рабочей жидкости через расходомер;

- температуру рабочей жидкости Т.

Объем W следует принимать равным (3…5)·10-3 м3.

Результаты измерений занести в таблицу 1.

7.4.3 Обработка результатов

Значение кинематической вязкости ν в зависимости от температуры Т рабочей жидкости, используемой в ходе экспериментальных исследований, можно определить из графика, имеющегося в лаборатории гидравлики (см. зависимость ν = f(T) для минерального масла МГЕ-46В).

Диаметры гидролиний, в которых установлены гидрораспределитель и фильтр, равны: dР = dф = 18 мм.

Коэффициенты местных сопротивлений распределителя и фильтра можно определить из выражения (1), а потери мощности на указанных устройствах – из выражения (2).

После выполнения вычислений построить:

гидравлические характеристики гидрораспределителя и фильтра ;
графики зависимостей NПОТР = f(Q) и NПОТФ = f(Q).

Таблица 1 – Результаты исследований по определению гидравлических характеристик гидрораспределителя и фильтра

№ опыта

Показания манометров МН1, МН2, МН3

Т – температура рабочей жидкости, ºС

t – время прохождения через расходомер объема жидкости WЖ, c

WЖ – объем жидкости, проходящей через расходомер, м3

Q = W / t ; Q – расход рабочей жидкости в напорной линии, м3/с

Перепад давлений на гидрораспределителе ∆рр = р1 – р2 , МПа

Перепад давлений на фильтре

∆рф = р2 – р3 , МПа

ζр – коэффициент местного сопротивления гидрораспределителя

ζф – коэффициент местного сопротивления фильтра

ν – кинематическая вязкость рабочей жидкости, м2/c

NПОТР – потери мощности на гидрорас-пределителе, кВт

NПОТФ – потери мощности на фильтре, кВт

р1, МПа

р2, МПа

р3, МПа

…

7.5 Контрольные вопросы

Классификация и устройство гидрораспределителей и фильтров.
Условные графические обозначения гидрораспределителей и фильтров.
Основные параметры гидрораспределителей и фильтров.
Методика определения гидравлических характеристик гидрораспределителей и фильтров.
Что влияет на величину потерь давления в гидравлических устройствах?