Допускаемая загрязненность жидкости АМГ-10 гидросистемы самолета Ту-154
топливные и гидравлические системы ВС. Поле центробежных сил в роторе центрифуги ускоряет отделение воздушной фазы от жидкости в сотни раз по сравнению со скоростью отделения пузырьков в баке. Требуемый уровень чистоты топлива соответствует 4-5-му Длительная работоспособность жидкости во многом зависит от конструкции и параметров резервного бака гидросистемы. Для обеспечения отстоя жидкости (всплытия пузырьков газа и отделения пены) и отвода тепла вместимость бака должна быть такой же, как и минутная подача насоса. Минимальную вместимость бака самолетной гидросистемы назначают на 50 % больше суммарного объема жидкости во всех ее агрегатах и трубопроводах. Однако она должна быть больше полуминутной подачи насоса. Обеспечение высотности гидравлических систем достигаете наддувом гидробаков, в которых поддерживается избыточное давление порядка 0,1».0,2 МПа, необходимое для предотвращения явления кавитации. Присутствие не растворенных газов в рабочей Баки гидросистем имеют целый ряд устройств для предотвращения вспенивания жидкости и отделения пузырьков свободного газа. Для отделения рабочей жидкости от газа, которым осуществляется поддавливание, применяют баки с разделителями в вид поршней или эластичных диафрагм, т. е. систему выполняют «закрытой». Это защищает жидкость не только от попадания свободного газа, но и от проникновения в нее механических частиц. Для устранения попадания в бак пыли линии дренажа и наддува снабжаются фильтрами, улавливающими пыль и влагу из воздуха, поступающего в бак при изменении уровня жидкости в нем. Для улучшения условий выделения пузырьков свободного газа необходимо отделять всасывающие трубы от сливных специальными перегородками. Бак «закрытой» и гидравлической системы состоит (рис. 3.2} из сферического корпуса 4, резиновой диафрагмы 3, защитной1 перфорированной перегородки 2, поплавкового клапана 1, предназначенного для автоматического стравливания газовых пробок. Бак снабжен штуцерами для присоединения трубопроводов поддавливания, слива и подачи жидкости к насосу.
При работе гидравлической системы жидкость постоянно дросселируется, что приводит к рассеиванию механической энергии, которая превращается в тепло. При большой вместимости и периодическом режиме работы привода жидкость достаточно охлаждается за счет конвективного теплообмена в системах эпизодического действия с автоматами разгрузки. Системы с насосами регулируемой подачи снабжаются специальными теплообменниками. Простейший самолетный теплообменник представляет собой змеевик из труб легкого сплава, в котором циркулирует охлаждаемая жидкость. Змеевик обдувает потоком забортного воздуха. Потребную охлаждающую поверхность змеевика можно рассчитать по уравнению теплового баланса: где — мощность, затрачиваемая на привод насосов, Вт; — КПД системы; — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2°С); — средний температурный напор, °С; 5 — расчетная поверхность! В баках высокотемпературных систем зачастую размещается В гидросистемах блочного типа бак является основной конструктивной базой. В нем расположены основные агрегаты: насосы, фильтры, распределители, приборы контроля работы. Особенно распространены блочные конструкции в гидросистемах вертолетов и автономных приводах с насосными электроприводными станциями. Топливные системы ВС оборудуются топливно-масляными радиаторами для подогрева топлива, поступающего к фильтрам, и охлаждения масла в системе смазки двигателей. Подогрев топлива уменьшает возможность забивки фильтров кристаллами замерзшей воды. Образование кристаллов льда происходит вследствие замерзания выделившейся из топлива воды при резком охлаждении системы в условиях высотного полета. Нормальная фильтрующая способность фильтров начинает нарушаться для топлива 1-1 .при минус 40 °С, для топлива ТС-1 — при минус 30 °С.
Уплотнения
Уплотнения гидросистем служат для предотвращения перетекания жидкости через зазоры в стыках деталей. Уровень уплотнительной техники во многом определяет совершенство гидравлических устройств. Наибольшее количество отказов агрегатов Неподвижные соединения уплотняются в основном различными прокладками, кольцами и реже — за счет притирки и сжатия самих уплотняемых поверхностей. Наиболее распространенные схемы уплотнений неподвижных соединений показаны на рис. 3.3.
Для герметизации стыков в качестве уплотнительных прокладок применяют эластичные материалы и резину (а), дляневысоких давлений (4,0...5,0 МПа) используют паронит, для высоких — алюминиевые и медные прокладки. Чаще всего применяют резиновые кольца круглого сечения (б), пустотелые металлические кольца (в), саморасширяющиеся или газонаполненные. Уплотнения подвижных Соединений показаны на рис. 3.4. Большинство уплотнений полостей герметизируется щелевыми) уплотнениями (рис. 3.4, а). Герметичность таких уплотнений не Удельные утечки (на единицу периметра) через щелевые уплотнения рассчитываются по формуле Пуазейля: где — перепад давления; — зазор (высота щели); — коэффициент динамической вязкости уплотняемой среды; — длина щели. Наибольшая сложность возникает при уплотнении выходных штоков силовых цилиндров, а также приводных валиков насосов и гидромоторов, где требуется герметичность без каплеобразования. Штоки при возвратно-поступательном движении чаще всего уплотняются резиновыми кольцами круглого сечения в сочетании с прокладками и подложками из фторопластовых колец (рис. 3.4,6). Фторопласт препятствует выдавливанию резины в зазор и снижает трение. Сжатие резинового кольца в канавке, .должно быть равно 10...16 %. Достоинствами уплотнений резиновыми кольцами круглого сечения являются высокая герметичность, малое трение и идеальная простота конструкции. Однако эти уплотнения недостаточно теплостойки при температурах свыше 100 °С, затруднена герметизация в нерабочем состоянии механизма при температурах минус 20... минус 30 °С, ресурс ограничен несколькими тысячами часов работы. Параметрами уплотнений возвратно-поступательных соединений гидравлических агрегатов являются скорость скольжения, равная 0 ... 150 мм/с, давление среды — до 30,0 МПа, срок службы порядка — 3000 ... 6000 ч при температурах рабочей среды 50...80°С. Резиновые кольца круглого сечения применяют также для уплотнения вращающихся валов при относительно малых скоростях скольжения. На рис. 3.4, в показано уплотнение вала гидромотора. Наклон кольца сделан для обеспечения смазки зоны контакта и отвода тепла, генерируемого при трении. Параметры этих уплотнений определяются следующими условиями работы: скорость скольжения до 1,5 м/с, давление среды до 3,0 МПа, кольца в канавку монтируются с радиальным и окружным сжатием. Окружное сжатие препятствует проворачиванию кольца в канавке, радиальное сжатие обеспечивает плотный контакт с уплотняемой поверхностью. Приводные валы насосов уплотняются манжетами, дополнительный прижим которых обеспечен браслетной пружиной (рис. 3.4,г). Косая кромка манжеты способствует лучшей смазке и охлаждению вала. Параметрами манжетных уплотнений валов являются скорость скольжения до 5 м/с, давление среды — до 0,20 МПа, натяг кромки манжеты при монтаже на вал — 0,2 мм. Температура рабочей кромки манжеты для нитрильных резин не должна превышать 100...120 °С. Нагрев кромки в результате трения о вал может составлять 20... 30 °С. Таким образом, температура рабочей среды не должна превышать 70...80°С. В указанных условиях ресурс уплотнений манжетами составляет 5000... 6000 ч. Для работы в условиях высоких давлений жидкости, особенно при высоких температурах, применяют уплотнения торцевого типа. Торцевое уплотнение вала состоит из уплотнительного кольца 2, изготовленного из мягкого антифрикционного сплава, и опорного бурта вала 3 высокой твердости. Пружина 1 создает контактное давление на поверхности колец 2 и 3, достаточное для предотвращения утечек при нулевом давлении среды (рис. 3.5). Эти уплотнения применяют при окружных скоростях вала да 50 м/с и давлениях среды до 40 МПа.
Детали уплотнения 2 и 3 рассчитывают из условий нераскрытия стыка, и в то же время стык не должен быть нагружен избыточной силой, чтобы трение не было слишком большим и не взывало перегрева поверхностей контакта. Условие равновесия подвижного кольца без учета сил трения для случая гидродинамического течения жидкости в зазоре мощно записать в виде где — среднее избыточное давление в зазоре между прилегающими поверхностями колец; — площадь контакта; — перепад уплотняемого давления; — площадь прижима; — усилие затяжки пружины. Допуская, что распределение давления жидкости в зазоре будет линейным, можно принять
. Гидравлическая сила прижима будет равна силе расклинивающей, если отношение площадей составляет
. При указанном значении коэффициента & плотность контакт Для уплотнений с шириной полоски контакта и = 4...5 мм для малых давлений принимают &=0,55...0,60. К механическим уплотнениям предъявляют высокие требования по точности изготовления: биение торца — 0,01 мм, неплоскостность и волнистость — 0,8...1,0 мкм. Поверхности трения доводятся путем притирки. Для уплотнения штоков гидравлических силовых цилиндров, работающих в тяжелых условиях (частые перекладки, запыленная атмосфера, наличие перерезывающих усилий), применяют шевронные манжетные уплотнения. Конструкция одного из таких уплотнений показана на рис. 3.6, а. Первоначальный контакт манжеты с уплотняемой поверхностью обеспечивается за счет монтажного сжатия. С увеличение Для изготовления манжет применяют различные материалы: кожу, резину, прорезиненные хлопчатобумажные, асбестовые и асбометаллические ткани, пластмассы, в том числе и фторопласт-4, имеющий низкий коэффициент трения по стали ([=0,01...0,03). Для резины по стали коэффициент трения составляет 0,05...0,30. Коэффициент трения зависит от температурных условий, скорости скольжения, вида смазки и давления жидкости. Манжетные уплотнения требуют высокой чистоты обработки уплотняемой поверхности подвижных деталей, так как шероховатость поверхности сильно влияет на износ уплотнения.
Наиболее долговечным после щелевого уплотнения является уплотнение с помощью металлических разрезных колец в агрегатах с поступательным движением, особенно при повышенных скоростях. Схема металлического кольца показана на рис. 3.6, б. Для удобства установки, а также для обеспечения плотности контакта с уплотняемой поверхностью металлические кольца делают разрезными. Форма разреза кольца может быть разной, два типа разреза изображены на рис. 3.6, б. Такое кольцо обычно вставляется в канавку, выполненную на поверхности поршня. Количество колец зависит от давления жидкости. Для давления 15 МПа обычно используют два кольца. Материалом для металлических колец служат серый чугун, бронза. Распространены также кольца из текстолита, графита и металлографитовой массы. Для подвода жидкости к перемещающимся агрегатам применяют гибкие трубопроводы, которые могут быть изготовлены из армированных резиновых рукавов, из гофрированных фторопластовых или стальных труб. При большом сроке службы используют металлические трубы в форме витых пружин. Радиус изгиба пружин и количество вит ков подбирают таким образом, чтобы максимальная деформация трубы не превышала допустимого значения. В гидроавтоматике для подвижных соединений с ограниченным ходом широко применяют разнообразные разделители сред, Наиболее важной характеристикой уплотнений является их герметичность. Для сравнения уплотнений различных типоразмер ров необходимо выявить общие закономерности утечек.-Утечки определяют по эмпирическим и теоретическим формулам, включающим такие параметры уплотнений, как диаметр , ширина контакта , зазор , вязкость рабочей среды , скорость , герметизируемое давление р. Утечки по уплотнениям подвижных соединений связаны с образованием пленки смазки толщиной АЛ между контактирующими поверхностями при их взаимном перемещении. Герметичность Классы негерметичности определяют с учетом закономерностей утечек для различных типов уплотнений. Утечки пропорциональны характерным размерам соединений, поэтому целесообразно оценивать класс герметичности по утечке за килосекунду, отнесенной к периметру , либо по утечке , отнесенной к единице площади контакта . Для диффузионного проникновения . Удельные утечки примерно соответствуют утечке по уплотнению вала (УВ) при диаметре — 30 мм за 15 мин, а V — утечке УПС по штоку при =30 мм за 100 двойных ходов длиной = 100 мм. В процессе эксплуатации вследствие старения материала, износа сопряженных поверхностей и воздействия таких неблагоприятных факторов, как деформация посадочных мест и вибрация, происходит постепенное нарастание утечек. Когда они превышают допустимые нормы, уплотнение необходимо заменять. Обычно при эксплуатации допускаются утечки по нормам следующего класса (группы) герметичности. Количественная оценка утечек при эксплуатации изделий затруднена и даже невозможна, поэтому в классах негерметичности даются также критерии визуальной оценки. После длительной эксплуатации изделий утечки нестабильны по времени и имеют случайные кратковременные пики повышения расхода. Наиболее вероятной причиной этого явления следует считать расклинивающий эффект от попадания в зазор твердых частиц загрязнений. В классах негерметичности [3] первая группа оценивает герметичность при нормальной работе, а вторая — выбросы утечек, а также допустимый уровень утечек в эксплуатации (табл. 3.2). Проблема герметизации в последние десятилетия усложнилась в связи с повышением рабочих давлений, температуры и скорости приводов. С ростом температуры падает вязкость масла и быстрее стареют эластомеры. Следует также учитывать местный нагрев уплотнений в результате трения уплотнений о вал. Температура в месте контакта резинового уплотнения с валом превышает температуру рабочей жидкости на 50...60 °С, т. е. при = = 100°С достигается предельно допустимая температура на поверхности контакта для нитрильных резин (150...160 °С). Резины на основе фторкаучуков более термостойкие, но имеют худшие свойства при отрицательных температурах. Уплотнение сред при высоких температурах достигается применением торцевых уплотнений из металла, графита, ситаллов или металлокерамики. Торцевые уплотнения допускают =100 м/с, =10 000 об/мин и давления в десятки мегапаскалей при = =200 °С и более. Для УН используют полые металлические кольца. Пример. Определить утечки по уплотнению штока резиновым кольцом с протектором (см. рис. ЗА, б), у которого периметр = 100 мм, ход штока =100 мм, скорость скольжения = 0,05 м/с, давление р=10 МП а, вязкость масла . При нормальной температуре утечки соответствуют классу 2—2: (табл. 3.2). Таблица 3.2
Объем утечки за один и 10* двойных ходов при нормальной Для пересчета утечки на условия минус 20°С и = 0,5 м\с воспользуемся уравнением толщины масляной пленки для прямого и обратного хода штока (выдвижение — прямой ход): ; где — коэффициенты; — вязкость жидкости при внутреннем и наружном давлении; рк0 — контактное давление уплотнения на шток, обусловленное деформацией сжатия; р — давление уплотняемой жидкости. При изменении и в уравнениях меняется только член поэтому при : при при
Гидролинии
Гидравлической линией называют устройство, предназначенное для прохождения рабочей жидкости от одного элемента к другому в процессе работы гидропривода. Конструктивно гидролинии состоят из трубопроводов, рукавов, каналов и соединений. Трубопроводы соединяют отдельные агрегаты в единую гидравлическую систему. По ним циркулирует поток жидкости, передающий энергию от источников давления к потребителям. По назначению трубопроводы гидравлической системы подразделяют на всасывающие, напорные и сливные. Скорость течения жидкости во всасывающих трубопроводах для обеспечения беска-витационных режимов работы насоса не должна превышать 1,5 м/с. В напорных и сливных магистралях скорость течения может составлять 7,0...10,0 м/с. Выбор материала и толщины стенок трубопровода зависит от рабочего давления, при котором работает данный участок гидромагистрали. Напорные трубопроводы постоянно или периодически подвергаются действию высокого давления, действию динамических нагрузок, вызванных пульсацией давления, гидравлическими ударами и вибрациями. Особенно разрушительными являются колебания "давления, вызванные кавитационными режимами работы насосов. Напорные трубопроводы изготавливают из нержавеющей стали 1Х18Н9Т или сплавов титана, всасывающие и сливные трубопроводы — из нержавеющих сталей и алюминиевых сплавов (сплав АМгМ). Присоединение концов труб к элементам гидропривода, а также к другим трубам осуществляют различными фитингами. Для получения резкого изгиба магистрали применяют угловые фитинги. Тройники и крестообразные фитинги служат для подсоединения трубы к какой-либо магистрали. Для соединения труб разного диаметра используют переходные фитинги. В зависимости от условий работы труб применяют различны способы их соединения с фитингами. Тонкостенные трубы для средних давлений подсоединяются Для исключения развальцовки толстостенных труб, используемых при высоких давлениях, применяют соединение, изображенное на рис. 3.7, в. Труба 3 обжимается кольцом 2 под действие* Для соединения труб большого диаметра и труб, часто подвергающихся демонтажу и работающих на давлениях 30 ... 40 МПа?
применяют сферическое соединение, схема которого изображена на рис. 3.7, б. Герметичность этого соединения обеспечивается контактом сферической поверхности ниппеля 4 с конической поверхностью фитинга 1 за счет усилия, создаваемого гайкой 2. Основным достоинством такого соединения является возможность некоторого перекоса трубы 3 относительно фитинга 1. Плотный контакт трубы 3 с ниппелем 4 достигается либо сваркой этих деталей, либо развальцовкой трубы в ниппеле. Трубопроводы являются одним из основных компонентов самолетных гидросистем. Их масса может составлять 1/3 полной массы системы. Протяженность трубопроводов сокращают пане-лированием агрегатов и применением блочных конструкций. Гидравлические блочные системы широко используют в конструкциях вертолетов, а также в автономных системах питания рулевых приводов. Трубопроводы гидравлических систем в эксплуатации нагружаются пульсирующим давлением жидкости по сложным асимметричным циклам. В связи с этим точный расчет трубопроводов на прочность представляет известную сложность. Поэтому трубопроводы, как правило, рассчитывают только на статическую прочность от действия внутреннего давления жидкости. Напряжения растяжения от внутреннего давления, действующие перпендикулярно образующей, рассчитывают как напряжения в тонкостенном цилиндрическом сосуде по формуле , (3.1) где и —фактическое и допускаемое напряжение; р — максимальное статическое давление рабочей жидкости; — внутренний диаметр трубопровода; — толщина стенки трубы. Формула (3.1) предполагает равномерное распределение давлений по толщине стенки трубы, что справедливо лишь для тонкостенных оболочек. Толстостенные трубы рассчитывают по формуле Лямэ: , где — наружный и внутренний радиусы трубы. Пользуясь способами разложения в ряд выражений вида где х — малая величина по сравнению с единицей, можно привести формулу Лямэ к виду, удобному для вычислений: Пренебрегая значением получают: Повторяя вычисления для наружного радиуса трубы, рассчитывают (3.2) В эксплуатации возможны два вида разрушений трубопроводов: разрушения в виде трещин, идущих вдоль образующей, и Формулы (3.1), (3.2) применяются также для расчета стеной Толщину плоского донышка цилиндра можно определить по сферического донышка: . Толщину стенки для сферического аккумулятора или баллона вычисляют по формуле . Допускаемые напряжения назначают с учетом коэффициента, запаса прочности n = 4,0 для гидроаккумуляторов и n = 2,5— для трубопроводов . Механические свойства металлов, применяемых для изготовления трубопроводов и сосудов, работающих под давлением, приведены в табл. 3.3. На долю разрушений трубопроводов высокого давления жидкостных систем приходится значительное количество отказов. Разрушения в виде усталостных трещин возникают в местах развальцовки труб, овализации сечений и различных дефектов поверхности. В производстве трубопроводов овальность более 5 % является ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|