Раздел 8. Гидроемкости

Гидравлические баки предназначены для содержания запаса, отстоя (деаэрации), фильтрации рабочей жидкости и отвода тепла из гидропривода в атмосферу. Их вместимость, форма, месторасположение на машине, некото­рые конструктивные особенности оказывают существенное влияние на работоспособность и эффективность гид­равлического привода. Гидробаки являются единственным не унифицированным элементом гидравлического привода, то есть при проектировании гидрофицированной машины каждый раз конструируются и баки.

Основным параметром гидробака является номинальная вместимость V_ном, значения которой определены ГОСТ 12448-80. Обозначения гидробаков на чертеже приведены на плакатах.

На рис. 44 приведена схема гидробака открытого типа, который состоит из корпуса 1, всасывающего патрубка 2, крана слива отстоя 3, сливного патрубка 4, рассекателя 5, заливной горловины 6, перегородок 7, воздушного филь­тра 8, уравнемера 9. Кроме того, в гидробаке устанавливается приемник датчика температуры. Корпус бака выполняют сварным из листовой стали толщиной 1 - 3 мм, причем с увеличением вместимости гидробака увеличивается и толщина стенки. Гидробаки вместимостью до 60 л дела­ют штампованными из двух половин и сваривают их меж­ду собой по отбортовке. Баки вместимостью 100 л делают сварными из нарубленных на гильотине пластин, причем часто верхняя крышка не приваривается, а крепится на болтах через резиновую прокладку.

 

Рисунок 44 – Схема гидробака: 1 - корпус; 2 - всасывающий патрубок; 3 - кран слива отстоя; 4 - сливной патрубок; 5 - рассекатель; 6 - заливная горловина; 7 - перегородки; 8 - воздушный фильтр; 9 – уровнемер.

 

Если эта крышка несъемная, то в ней и в стенках бака делают смотровые люки. Эти люки используют при обслуживании баков для удале­ния продуктов полимеризации масла и механических примесей. Толщина стенок корпуса гидробака должна обеспечивать жесткость конструкции и исключать вибрацию и шум при работе гидропривода. С этой целью применяют горизонтально сквозные вертикальные перегородки, которые, кроме указанной функции, успокаивают жидкость и препятствуют проникновению абразивных частиц из сливного во всасывающий патрубок.

Заливная горловина предназначена для заправки и дозировки рабочей жидкости. Она имеет крышку и стакан, выполненный из металлической сетки. В заливной горловине задерживаются наиболее крупные механические при­меси.

Воздушный фильтр обеспечивает связь гидробака с атмосферой. В процессе работы гидропривода уровень масла в гидробаке колеблется вследствие разницы объемов поршневых и штоковых полостей гидроцилиндров. Кроме того, уровень жидкости изменяется под действием температуры, так как минеральные масла увеличивают свой объем примерно на 7-8% при повышении температуры от -40 до +60°С. Назначение воздушного фильтра пропускать воздух в гидробак в прямом и обратном направлении, чтобы в баке сохранялось атмосферное давление. Для исключения попадания жидкости в воздушный фильтр при работе гидропривода вместимость бака должна быть на 10-15% больше объема заливаемой в него жидкости.

Рассекатель на сливном патрубке предназначен для гашения кинетической энергии потока жидкости, поступающего из гидросистемы, а также для интенсификации выделения и коагуляции пузырьков нерастворенного воздуха. Если не погасить кинетическую энергию, то струя жидкости из сливного патрубка будет интенсивно перемешивать масло, что препятствует выпаданию в осадок механических примесей и ухудшает процесс дегазации. Рассекатель представляет собой цилиндр с глухим дном, выполненный из жести с большим количеством отверстий диаметром 2-4 мм.

Всасывающий патрубок предназначен для забора жидкости во всасывающую линию насоса. Очень важно разместить этот патрубок по глубине жидкости так, чтобы он, во-первых, не всасывал отстой и загрязнение жидкости со дна гидробака, а, во-вторых, не засасывал бы воздух, образуя воронку со свободной поверхности. То есть всасывающий патрубок должен быть расположен достаточно высоко от днища бака (не менее 3d_BC) и достаточно глубоко от свободной поверхности (не менее 0,4 м). Для исключения вихревых явлений на крышке всасывающего отверстия патрубка его необходимо выполнять скошенным под углом 30-45°. Но лучший эффект дают патрубки коноидальной формы. Такой патрубок позволяет исполь­зовать кинетическую энергию потока жидкости, что улучшает всасывающую способность насосов. При такой фор­ме патрубка жидкость создает избыточное давление во всасывающей линии насоса. Во всасывающей линии не должно быть никаких клапанов и других элементов, по­вышающих сопротивление потоку жидкости. Так же с целью улучшения всасывающей способности насоса гидробак должен быть размешен выше всасывающей линии на расстоянии не менее 0,5 м.

Кран слива отстоя выполняется заодно с магнитной пробкой, которая улавливает механические примеси на ферромагнитной основе, прочно удерживает их и тем са­мым защищает гидрооборудование от повышенного из­носа. Иногда используют магнитные полосы, которые ус­танавливают в крышке бака на всю глубину жидкости. В нижней части бака скапливаются тяжелые механические примеси, абразив и вода, проникающая в гидросистему через штоки гидроцилиндров и с воздухом через воздуш­ный фильтр. Периодически открывая кран и сливая отс­той, можно существенно повысить долговечность гидрооборудования и многие параметры гидропривода.

Указатель уровня предназначен для визуального осмотра жидкости. Чаще всего указатель уровня выполняется в виде смотрового окна, на котором нанесены риски максималь­ного и минимального уровня. С помощью этого смотрового окна можно оценить наличие пенообразования.

Как уже указывалось, главным параметром гидробака является его вместимость. От этого параметра зависит значение установившейся температуры рабочей жидкости и интенсивность ее нарастания при пуске машины, время выхода гидропривода на оптимальный тепловой режим, объемный КПД гидропривода и в конечном итоге произ­водительность машины в целом. Кроме того, вместимость бака влияет на срок службы рабочей жидкости, чем мень­ше вместимость, тем меньше при прочих равных услови­ях срок службы рабочей жидкости. В идеальном случае вместимость бака должна быть выбрана так, чтобы замену отработанной жидкости производить в осенний или ве­сенний сезонные обслуживания машин.

Нами был проведен анализ конструкций гидробаков более 500 зарубежных и около 100 отечественных гидрофицированных самоходных машин. В табл. 44 приведены некоторые результаты этого анализа. Коэффициент k₁ характеризует взаимосвязь вместимости гидробака и минутной подачи насоса, а коэффициент k₂ - вместимость и номинальную мощность насоса. Как видно из таблицы, не существует строгой корреляции между этими параметрами. Также не выявлено определенной закономерности между вместимостью баков и грузоподъемностью и мас­сой машин, емкостью ковшей экскаваторов и скреперов.

Таблица 44 – Взаимосвязь вместимости баков от подачи и мощности насосов.

Тип машины	k1=Vб/QH	k2=Vб/NH
Одноковшовые экскаваторы	0,45 – 2,25	1,6 – 1,7
Погрузчики фронтальные	0,31 – 0,95	1,5 – 6,0
Автокраны	0,59 – 1,25	2,2 – 2,9
Бульдозеры	0,36 – 1,34	3,1 – 8,0
Скреперы	0,34 – 1,40	1,7 – 5,6

 

Отсутствие строгой взаимосвязи между вместимостью баков и параметрами гидропривода, то есть широкое изменение коэффициентов k₁ и k₂ обусловлено, во-первых, отсутствием единства во взглядах конструкторов на эту проблему, во-вторых, отсутствием единой методики выбора минимальной вместимости бака, в некоторых случаях применением на машине теплообменных устройств, позволяющих уменьшить вместимость бака. Следует отметить, что отечественные машины имеют, как правило, большие значения коэффициентов k₁ и k₂. Это можно объяснить широко распространенным в отечественной литературе мнением, что вместимость бака должна быть равна двух-трехминутной подаче насоса. В то время как на за­рубежных машинах ее принимают в пределах (0,5 - 1,5) Q_H в минуту.

На основе анализа конструкций гидробаков и опыта эксплуатации гидроприводов в различных климатических условиях можно выделить основные требования, которые полезно учитывать при проектировании гидробаков:

- вместимость баков выбирать с учетом номинальной мощности, коэффициентов использования номинального давления и продолжительности работы гидропривода под нагрузкой, климатических условий эксплуатации;

- для улучшения условий дегазации поверхность мас­ла с воздухом должна быть наибольшей, сливной патрубок снабжен рассекателем и расположен как можно бли­же к поверхности масла, а всасывающий патрубок разме­щен на максимальном удалении от сливного;

- для повышения всасывающей способности насосов всасывающему патрубку придавать коноидальную форму и размещать ближе к днищу бака;

- для уменьшения шума в гидросистеме и исключения резонанса корпус бака выполнять достаточно жестким, закреплять на амортизирующих прокладках, соединять его с насосом и распределителем через эластичные патрубки;

- для улучшения теплоотдачи стенки бака выполнять как можно тоньше и окрашивать специальными краска­ми, а размещать бак на машине так, чтобы обеспечива­лась хорошая циркуляция воздуха;

- бак необходимо герметизировать и снабжать воздуш­ным фильтром, исключающим попадание извне механи­ческих примесей и влаги;

- бак оснащать указателем уровня масла, датчиками температуры и загрязненности фильтров.

Рекомендации по выбору вместимости гидробаков даны в 5 главе.