Контрольная работа по "Гидравлике"

Задание№1:

1.Перечислить преимущества, которые  обеспечивает применение гидропривода  в горных машинах.

Совокупность  устройств, предназначенных для  приведения в движение машин и  механизмов посредством гидравлической энергии, называется гидроприводом. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.

Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую  вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что  и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.). Основное назначение гидропривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Приводным двигателем насоса могут быть электродвигатель, дизель и другие, поэтому иногда гидропривод называется соответственно электронасосный, дизельнасосный и т. д.

Виды гидроприводов. Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объемные. В  гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия  потока жидкости. В объемных гидроприводах  используется потенциальная энергия  давления рабочей жидкости.

Широкое распространение  в настоящее время получил  объёмный гидропривод. Под объёмным гидроприводом понимается совокупность объёмных гидромашин, гидроаппаратуры  и других устройств, предназначенная  для передачи механической энергии  и преобразования движения посредством рабочей жидкости. Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. К объёмным машинам относят, например, поршневые насосы, аксиально-поршневые, радиально-поршневые, шестерённые гидромашины и др. Одна из особенностей, отличающая объёмный гидропривод от гидродинамического, - большие давления в гидросистемах. Так, номинальные давления в гидросистемах экскаваторов могут достигать 32 МПа, а в некоторых случаях рабочее давление может быть более 300 МПа. Объёмный гидропривод применяется в горных машинах.

К основным преимуществам  гидропривода относятся: возможность  универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки; простота управления и автоматизации; простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; большая передаваемая мощность на единицу массы привода; надежная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей.

2.Какие рабочие жидкости применяются  в гидроприводах горных машин.  Их сравнение и область применения.

В качестве рабочих жидкостей в  гидравлическом приводе применяют  минеральные масла, водомасляные эмульсии, смеси и синтетические жидкости. Выбор типа и марки рабочей  жидкости определяется назначением, степенью надежности и условиями эксплуатации гидроприводов машин.

Минеральные масла получают в результате переработки высококачественных сортов нефти с введением в них присадок, улучшающих их физические свойства. Присадки добавляют в количестве 0,05…10%. Присадки могут быть многофункциональными, т.е. влиять на несколько физических свойств сразу. Различают присадки антиокислительные, вязкостные, противоизносные, снижающие температуру застывания жидкости, антипенные и т.д.

Водомасляные эмульсии представляют собой смеси воды и минерального масла в соотношениях 100:1, 50:1 и т.д. Минеральные масла в эмульсиях служат для уменьшения коррозионного воздействия рабочей жидкости и увеличения смазывающей способности. Эмульсии применяют в гидросистемах машин, работающих в пожароопасных условиях и в машинах, где требуется большое количество рабочей жидкости (например, в гидравлических прессах). Применение ограничено отрицательными и высокими (до 60 С) температурами.

Смеси различных сортов минеральных масел между собой, с керосином, глицерином и т.д. применяют в гидросистемах высокой точности, а также в гидросистемах, работающих в условиях низких температур.

Синтетические жидкости на основе силиконов, хлор- и фторуглеродистых соединениях, полифеноловых эфиров и т.д. негорючи, стойки к воздействию химических элементов, обладают стабильностью вязкостных характеристик в широком диапазоне температур. В последнее время, несмотря на высокую стоимость синтетических жидкостей, они находят все большее применение в гидроприводах машин общего назначения.

3.Свойства жидкости, влияющие на  работу гидропривода.

Смазывающие и антиизносные  характеристики. Рабочие жидкости должны образовывав на всех движущихся частях постоянно присутствующую масляную пленку. Масляная пленка может разрушаться из-за большого давления, недостаточного подвода масла, его низкой вязкости, медленных или через мерно быстрых скоростей скольжения. В результате появляются задиры и нарушение стандартных допусков, которые, например, для гидрораспределителей находятся в диапазоне 8-10 мкм. Наряду с износом из-за задиров, возможен также износ в результате усталости и коррозии. • Износ вследствие истирания возникает при использовании загрязненных или недостаточно отфильтрованных рабочих жидкостей (загрязнения в виде твердых частиц металла, шлака, песка и т.д., которые проникают между соприкасающимися деталями). При высоком значении скорости потока износ могут вызывать и чужеродные вещества, захваченные жидкостью.

• Усталостный износ вызывают кавитационные  процессы в жидкости. Усиленный износ  может быть следствием присутствия  воды в рабочей жидкости.

• Во время длительных простоев гидроприводов  и применения неподходящих рабочих  жидкостей может появиться коррозионный износ. Фактор влажности вызывает появление  коррозии на поверхностях скольжения, что ведет к усиленному износу гидравлических компонентов.

Вязкость. Вязкость является важнейшей характеристикой при выборе рабочей жидкости. Вязкость позволяет определить, будет ли рабочая жидкость при заданной температуре текучая или густая, а, соответственно, и трение между слоями жидкости незначительным или большим. В системе СИ вязкость измеряют в мм2/с, она изменяется с изменением температуры. Зависимость вязкости от температуры на диаграмме с двойным логарифмическим масштабом по оси вязкости выглядит в виде прямой линии.При колебании температуры даже в больших пределах рабочая жидкость не должна становиться слишком тягучей или слишком густой, так как при этом изменяются условия дросселирования и скорость движения гидродвигателей. Индекс вязкости определяется в соответствии со стандартом DIN ISO 2909. Жидкость с наилучшим индексом вязкости характеризуется линией с наименьшим углом наклона на диаграмме зависимости вязкости от температуры. Рабочие жидкости с высоким индексом вязкости необходимы для применения в условиях с большим перепадом температур. Вязкость рабочих жидкостей изменяется при повышении давления. При давлении свыше 200 бар это обстоятельство необходимо учитывать в процессе проектирования гидропривода. При давлении около 400 бар вязкость удваивается.

Совместимость с различными  материалами. Рабочие жидкости должны хорошо совмещаться с другими используемыми в гидроприводах материалами, например, для подшипников, уплотнений, окраски и т.д. Это действительно также и для случая, когда рабочая жидкость по тем или иным причинам может вытекать из гидравлической установки и воздействовать на электропроводку, механические части конструкции и т.д.

Стабильность сдвига. В процессе дросселирования в гидроаппаратах рабочая жидкость механически нагружается: поток жидкости «срезается». Этот процесс ограничивает срок службы рабочей жидкости.

Если в рабочую жидкость введены  присадки, улучшающие индекс вязкости, ее чувствительность к срезу увеличивается. Допустимая нагрузка на срез в гидроаппаратах и насосах приводит к временному падению вязкости, которая, однако, затем снова нормализуется. Если же напряжение среза приводит к разрушению присадок, предшествующее значение вязкости более не восстанавливается. Это приводит к постоянному снижению вязкости.

Термическая стабильность. В процессе эксплуатации гидропривода рабочая жидкость может нагреваться (по возможности не выше 80 °С). При остановке жидкость снова охлаждается. Такие повторяющиеся процессы оказывают влияние на срок службы рабочей жидкости. В этой связи многие гидроприводы оснащаются теплообменниками — устройствами нагрева и охлаждения, которые поддерживают эксплуатационную температуру на постоянном уровне.

При этом достигается стабилизация вязкости и увеличение срока службы рабочей жидкости. Отрицательным  аспектом являются высокие расходы  на установку / приобретение теплообменников и высокие эксплуатационные расходы (электроэнергия для нагрева и вода / воздух для охлаждения).

Антиокислительная стабильность. На процесс старения минеральных масел оказывают влияние его взаимодействие с кислородом (окисление), нагрев, воздействие света и катализ. Повышенное поглощение кислорода, кроме того, активизирует коррозионные процессы в элементах конструкции. Минеральные масла с высоким уровнем сопротивляемости старению содержат ингибиторы окисления, которые предотвращают быстрое поглощение кислорода.

Медь, свинец, бронза, латунь, сталь  имеют особенно высокий каталитический эффект и влияют на срок службы жидкости. Эти материалы или их комбинации применяются в гидравлических компонентах

Незначительная сжимаемость. Находящийся в рабочей жидкости воздух определяет ее степень сжатия. Это оказывает влияние на точность позиционирования гидроприводов. В процессе управления гидроприводами без обратной связи или с обратной связью сжимаемость снижает быстродействие. Если большие объемы, находящиеся под давлением, быстро разгружаются, возникают удары в гидросистеме. Сжимаемость рабочей жидкости определяется коэффициентом, который зависит от типа жидкости, увеличивается с ростом температуры и уменьшается с повышением давления.

В качестве контрольной величины для  минеральных масел при теоретических  расчетах можно принимать коэффициент  сжимаемости от 0,7 до 0,8 % на каждые 100 бар. Для воды этот коэффициент составляет 0,45 % на каждые 100 бар.

Сжимаемость значительно возрастает, если вместе с жидкостью перемещаются воздушные пузырьки. Из-за ошибок в выборе размеров бака, его конструкции или варианта подключения трубопроводов может быть затруднено отделение воздуха (деаэрация) от рабочей жидкости, что приводит к значительному ухудшению коэффициента сжимаемости. Дальнейшие негативные последствия — появление шума, резких движений и сильного нагрева в гидросистеме эффект Дизеля). Под эффектом Дизеля понимают самовоспламенение воздушно-газовой смеси. Если минеральное масло, содержащее много мелких воздушных пузырьков, быстро сжимается в условиях высокого давления, пузырьки нагреваются так сильно, что может возникнуть эффект самовоспламенения. Таким образом, возникает высокое местное давление и повышение температуры, которые могут повредить уплотнения гидравлических

Незначительное тепловое расширение.Если рабочая жидкость нагревается в условиях атмосферного давления, ее объем увеличивается. Когда в гидросистеме имеются большие заполняемые объемы, необходимо принимать во внимание эксплуатационные температуры.

Малое пенообразование.Воздушные пузырьки, всплывающие в баке на поверхность, образуют пену. Процесс пенообразования может быть минимизирован путем правильной установки сливных линий в баке и оптимизации его конструкции, например за счет установки соответствующих перегородок. Минеральные масла содержат химические присадки, уменьшающие пенообразование. Склонность к пенообразованию возрастает в результате старения рабочей жидкости, ее загрязненности и наличия конденсата.

Если насос засасывает вспененное масло, это может привести к серьезным неисправностям в гидросистеме и к быстрому отказу насоса.

Малое поглощение воздуха  и его хорошее отделение. Рабочая жидкость должна по возможности меньше поглощать и транспортировать воздух и с другой стороны — хорошо отдавать захваченный воздух. На эти способности оказывают позитивное влияние соответствующие химические присадки. Отделение воздуха или степень сепарации определяется в соответствии со стандартом DIN 51381. При этом измеряется время в минутах, необходимое для отделения находящихся в масле воздушных пузырьков до величины 0,2 % объема. Способность отделения воздуха ухудшается с повышением температуры рабочей жидкости.

Высокая точка кипения  и низкое давление пара. Чем выше точка кипения применяемой рабочей жидкости, тем выше может быть эксплуатационная температура гидропривода.

Высокая плотность. Под плотностью рабочей жидкости понимают отношение ее массы к занимаемому объему. Плотность должна быть как можно выше, чтобы иметь возможность передавать большую мощность при равных объемах рабочей жидкости. Для гидростатических приводов это менее существенно, чем для гидродинамических. Плотность минеральных масел находится в пределах от 0,86 до 0,9 г/см3.

Плотность используется при преобразовании кинематической вязкости в динамическую и наоборот.

На практике эталонной температурой для плотности является 15 °С.

Хорошая теплопроводность. Выделяющееся в насосах, гидроаппаратах, гидромоторах, гидроцилиндрах и трубопроводах тепло должно переноситься рабочей жидкостью в бак. Последний через свои стенки частично отдает подведенное тепло в окружающую среду. Если излучающей способности стенок недостаточно, должны предусматриваться дополнительные теплообменные устройства (маслоохладители) во избежание перегрева гидросистемы.

Хорошие диэлектрические  характеристики. Рабочая жидкость должна по возможности не передавать электрическую энергию (например, при коротком замыкании, обрыве кабеля и т.д.). Во многих случаях электромагниты находятся в рабочей жидкости с целью улучшения теплоотвода и повышения демпфирования якоря.