Особенности эксплуатации гидропривода в условиях низких температур
Особенности эксплуатации гидропривода в условиях низких температур
Широкое применение гидравлического привода в самой разной технике и промышленном оборудовании является общей тенденцией современного машиностроения. Это связано с известными преимуществами гидропривода, позволяющего улучшать технико-экономические показатели машин. Однако все эти преимущества в основном относятся к условиям эксплуатации при умеренных температурах.
Машины с гидрооборудованием, выпускавшиеся до 1971 года отечественной промышленностью, не были приспособлены для эксплуатации в суровых климатических условиях Сибири, Крайнего Севера и Северо-Востока. Для этих регионов характерны низкие температуры в течение длительного периода, вечномерзлые грунты и обильные снегопады с сильным ветром.
Именно низкая температура воздуха оказывает наиболее существенное влияние на работоспособность и безотказность машин с гидроприводом. Прежде всего это связано с повышением вязкости холодной рабочей жидкости (РЖ) после длительного перерыва в работе, более 7...8 ч. При воздействии низких температур на гидравлику увеличиваются потери давления, так называемое гидравлическое сопротивление потоку, и силы трения в подвижных соединениях, затрудняется пуск гидропривода, процесс нагрева РЖ до стабилизации теплового режима гидравлической системы становится более продолжительным. Например, вязкость гидравлического масла МГ-15В, температура застывания которого -65 °С, при -50 °С повышается в 400 раз по сравнению с вязкостью при температуре +50 °С. Вязкость гидравлического масла МГЕ-46В с температурой застывания -35 °С при -15 °С равна 4000 сСт - это верхний предел прокачиваемости для пластинчатых насосов, а вязкость 2000 сСт при -5 °С - предельное значение для аксиально-поршневых насосов.
Эффективность работы гидропривода оценивают с учетом эксплуатационных свойств гидравлических масел в зависимости от температуры. Так, индустриальные трансформаторные масла ИС-12, И-12А, ИС-20, И-20А с температурой застывания -15 °С, не имеющие смазывающих свойств, не пригодны для эксплуатации машин с гидроприводом при низких температурах. Они созданы для другого целевого применения. Температура застывания масел М-8Г2 и М-10Г2 для автотракторных дизелей -15...-25 °С, и их применяют в тракторных гидросистемах только в теплый период года. С учетом таких особенностей продолжительность рабочего цикла землеройно-планировочных машин с гидроприводом увеличивается, и соответственно уменьшается их производительность в период пуска.
При пуске двигателя в условиях низких температур в начальный период насосы работают с низким объемным КПД. Соответственно снижается производительность машин, а продолжительность разогрева РЖ в гидросистеме до наступления теплового равновесия значительно возрастает. В первые 100 мин и даже более наблюдается разрежение во всасывающих гидролиниях машин (т. е. вакуум - давление значительно ниже атмосферного) от 0 до 0,02 МПа (0,002 кгс/см2).
На графике (рис. 1) показано интенсивное повышение температуры масла в гидросистемах циклично работающих машин до наступления равновесного теплового состояния (от 40 до 60 мин). Исключением оказалась гидравлическая система автогрейдера, у которого стабильное тепловое состояние наступило через 100 мин по причине большой протяженности трубопроводов гидросистемы и поверхности их охлаждения.
Из-за несоответствия свойств уплотнений и рукавов высокого давления условиям эксплуатации порой возникают даже отказы. При низких температурах резиновые уплотнения теряют упругие свойства, и давление на контактной поверхности снижается или его совсем нет. Для многих марок резин контактное давление сохраняет первоначальное значение лишь до -15...-25 °С. Дальнейшее понижение температуры приводит к резкому падению контактного давления, которое при -40...-45 °С полностью исчезает, и тогда появляются наружные утечки масла.
Опыт эксплуатации машин с гидроприводом в условиях Крайнего Севера, в Якутии и на Дальнем Востоке показал, что 60% отказов связано с уплотнениями - часто разрываются гибкие резинометаллические и резинотканевые рукава, особенно в местах соединения с металлическими наконечниками. Дополнительно расходуется не только РЖ, но и дизельное топливо, так как для поддержания в работоспособном состоянии машины с гидроприводом в суровых климатических условиях эксплуатационники не глушат двигатели с ноября по март.
В 1971 году после принятия ГОСТ 15150-69, устанавливающего исполнения условий создания машин, пригодных для эксплуатации при низких температурах, а также их эксплуатации, хранения и транспортировки, на Центральном научно-исследовательском полигоне (ЦНИП) были разработаны технические требования к гидростатическому приводу для изделий в "северном исполнении" и рекомендации по их эксплуатации. Теперь машиностроительные заводы были обязаны вводить дополнительные буквы и цифры в условное обозначение марки изделия, что давало дополнительную информацию о климатическом исполнении продукта: УХЛ - для районов с умеренным и холодным климатом, У - умеренный, ХЛ - холодный, М - умеренно-холодный морской.
Применение специальных низкотемпературных сортов гидравлических масел и уплотнений не устранило всех трудностей при эксплуатации. Значительное охлаждение вызывает температурные деформации изделий, нарушение посадки и изменение физико-химических свойств применяемых материалов - пластичности, объема, линейных размеров и др. Эта проблема является многофакторной и поэтому технически сложной, ведь работоспособное состояние мобильных машин с гидроприводом должно обеспечиваться в широком диапазоне температур: от -60 °С в Антарктике до более чем +40 °С в районах с сухим тропическим климатом.
При повышении температуры и снижении вязкости гидравлического масла ниже допустимого уровня резко возрастают объемные потери (внутренние перетечки и наружные утечки), происходит непосредственный контакт сопряженных поверхностей трения деталей, локальный нагрев, интенсивный износ и схватывание трущихся поверхностей, что может привести к частичной или полной потере работоспособности оборудования. Поэтому решающим является правильный выбор материалов, из которых изготавливается гидрооборудование, высокая точность сопряжения деталей, марка гидравлических масел, качество уплотнений и рукавов высокого давления.
В объемном гидроприводе мобильных машин основной агрегат гидросистемы - насос, состояние которого влияет на работоспособность всей машины. При эксплуатации на открытом воздухе наибольшее влияние на работоспособность насоса оказывает величина гидравлического сопротивления (потерь давления) во всасывающей магистрали при изменении температуры окружающей среды.
Именно из-за снижения давления рабочий объем насоса в процессе всасывания заполняется недостаточно, что зависит в наибольшей мере от вязкости масла, скорости потока, внутреннего диаметра и длины всасывающей магистрали.
Экспериментальными исследованиями установлены пределы работоспособного состояния насосов в зависимости от температуры, на основании которых приведены технически обоснованные рекомендации по применению гидравлических масел (см. таблицу).
На рис. 2 приведены зависимости объемного hn и полного h КПД насосов от изменения температуры гидравлического масла МГ-15В при номинальных значениях давления нагнетания и частоты вращения насосов, из которых следует, что в зоне наиболее низких температур (-55...40 °С) резко снижается объемный КПД из-за того, что рабочий объем насоса не заполнен маслом по причине чрезмерно высокого гидравлического сопротивления потоку на коротком участке всасывающей магистрали, хотя уровень масла в баке был выше оси насоса примерно на 0,5 м.
На следующем участке графика (от -43 до -35 °С), несмотря на приемлемое значение объемного КПД ( 90%), работа некоторых насосов сопровождается шумом, характерным для явлений кавитации, и пульсацией потока. При интенсивном нагреве масла работа насоса быстро переходит в стабильный режим, что делает его пригодным для длительной эксплуатации.
Шестеренные насосы обеспечивают лучшую прокачиваемость, однако они чувствительны к изменению вязкости и у них меньший температурный диапазон высокого и стабильного КПД, особенно при положительных температурах. У аксиально-поршневых насосов прокачиваемость при низких температурах в период пуска хуже, но они менее чувствительны к изменениям вязкости гидравлического масла и у них более широкий диапазон стабильного и более высокого КПД. В частности, аксиально-поршневые насосы (гидромоторы) 210.20; 310.20; 310.28; 310,56; 310,112 и некоторые другие устойчиво работают при изменении вязкости от 8 до 1200 сСт. Это соответствует температуре гидравлического масла от +60 до -40 °С.
Разные предельные значения вязкости гидравлического масла МГ-15В для разных типов насосов объясняются конструктивными особенностями механизмов. У аксиально-поршневых насосов особенностью является размер и конфигурация всасывающего тракта, зазоры в качающем узле и между блоком цилиндров и распределителем, у шестеренных насосов - зазоры между зубчатыми шестернями с двух сторон и боковыми стенками по периметру корпуса насоса, а также между зубчатыми шестернями, находящимися в зацеплении. По данным заводов-изготовителей, шестеренные насосы типа НШ имеют объемный КПД на дизельном масле 0,92...0,94, а общий (полный) - 0,83...0,85. У аксиально-поршневых насосов типа 310 объемный КПД равен 0,95, а общий - 0,91 на гидравлическом масле МГ-15В.
Приведенные зависимости характерны для разомкнутых гидросистем, в которых бак с рабочей жидкостью установлен выше оси насоса на 0,5 м и более, т. е. существует статический напор во всасывающей гидролинии. Мощность в период пуска должна быть выбрана с запасом в пределах 1,15...1,4 номинального значения в зависимости от типа установленного насоса.
Наибольшие значения общего КПД аксиально-поршневых насосов типа 210...310 на гидравлическом масле МГ-15В для многих гидросистем машин соответствуют установившемуся тепловому режиму (от -10 до +55 °С).
Для увеличения предела прокачиваемости РЖ по уровню ее вязкости следует рекомендовать организациям, эксплуатирующим мобильные машины при низких температурах, снижать частоту вращения двигателей внутреннего сгорания для привода насосов, особенно в период пуска. Эксперименты показали, что при снижении частоты вращения пластинчатого насоса на 40% диапазон его устойчивой работы по уровню вязкости РЖ увеличивается от 600...700 до 2000...2100 сСт, т. е. примерно втрое.
При уменьшении частоты вращения аксиально-поршневого насоса 11М№5 на 40% диапазон устойчивой работы по уровню вязкости РЖ увеличился в 2,5 раза (от 400 до 1000 сСт), а предел прокачиваемости - вдвое.
Зависимость частоты вращения аксиально-поршневых насосов типа 210 в режиме самовсасывания от вязкости РЖ представлена на рис. 3. Наглядно видна также зависимость подачи насосов от частоты вращения для насосов разных типоразмеров в зависимости от вязкости РЖ. Насосы с меньшим рабочим объемом способны работать при большей частоте вращения. Однако характерное для всех насосов снижение подачи наступает примерно при одинаковом значении кинематической вязкости - 2500...2600 сСт. Работа всех насосов при вязкости более 2600 сСт происходит с незаполнением рабочих камер насосов и сопряжена с кавитацией.
Длительный рабочий режим для насосов можно создавать только после достижения вязкости РЖ, при которой обеспечивается полное заполнение рабочего объема насоса. Из графика (см. рис. 3) следует, что гидравлическое масло МГ-15В для аксиально-поршневых насосов можно применять как всесезонное в широком диапазоне изменения температуры без предварительного подогрева.
Применение только двух основных сортов гидравлических масел МГ-15В и МГЕ-46В обеспечивает работоспособность и надежную эксплуатацию мобильных машин и сокращает дополнительные затраты, связанные с изготовлением, транспортировкой и хранением большого ассортимента нефтепродуктов, в том числе позволяет уменьшить загрязнение гидросистем при смене сезонных гидравлических масел. Другие марки масел можно применять после официального подтверждения их пригодности изготовителем гидрооборудования или поставщиком, гарантирующим работоспособность и технический ресурс. Необходимо требовать от поставщика гидравлических масел сертификат, удостоверяющий качество.
Заливают гидравлические масла в гидросистему обязательно с помощью фильтрующих устройств с тонкостью очистки 10 мкм. В гидросистемах мобильных машин, длительно эксплуатируемых в условиях холодного климата, не рекомендуется устанавливать фильтры во всасывающей гидролинии: они создают дополнительное сопротивление потоку, и при температуре масла МГ-15В ниже -25...-30 °С в фильтрах с тонкостью фильтрации 25...40 мкм открываются переливные клапаны и масло поступает на слив в бак гидросистемы. Если есть необходимость применять всасывающие фильтры с переливным клапаном, следует увеличить пропускную способность фильтров не менее трехкратной номинальной подачи насоса. Это позволит также увеличить грязеемкость фильтроэлементов и периодичность их замены.
Эксплуатируя машины с гидроприводом, надо иметь в виду, что при нагретом масле в баке и низкой температуре окружающей среды происходит конденсация влаги из воздуха. Вода может попадать в масло и затем в гидросистему. Наличие воды в гидравлическом масле не только вызывает коррозию, но и резко повышает температуру застывания, поэтому масло следует доставлять расфасованным в герметичную тару, а при доливке масла в бак - исключить возможность попадания воды в гидросистему. При техническом обслуживании эксплуатируемой техники нужно периодически отвинчивать сливные пробки и освобождать бак от накопившейся влаги и механических примесей.
И последний совет: чтобы ускорить подготовку машины к работе и для того, чтобы эффективно эксплуатировать ее при оптимальной температуре, соответствующей наиболее высокому значению общего КПД, следует предусмотреть теплоизоляцию трубопроводов и баков для гидравлического масла.
Похожие статьи
-
Особенности эксплуатации строительных машин в зимнее время. - Гидропривод
Подъемно-транспортные и строительные машины обычного исполнения могут эксплуатироваться при температуре до -40°С; для районов, где температура опускается...
-
По назначению электрооборудование (электротехническое устройство) выпускается следующих видов: общего назначения, выполненное без учета специфических...
-
Выбор и эксплуатация рабочих жидкостей - Рабочие жидкости для гидросистем
Выбор рабочих жидкостей для гидросистемы машины определяется: - диапазоном рабочих температур; - давлением в гидросистеме; - скоростями движения...
-
Диэфиры используются в гидроприводах турбовинтовых двигателей. - Рабочие жидкости для гидросистем
Силоксаны И Полисилоксаны - жидкости на основе кремний - органических полимеров. Они имеют наиболее пологую из всех рабочих жидкостей...
-
Особенности эксплуатации электропроводных ГПА - Работа газоперекачивающих агрегатов
Основная задача при организации обслуживания электроприводных компрессорных станций заключается в обеспечении надежной бесперебойной работы оборудования,...
-
Гидравлический Домкрат с низким подхватом грузовой ДГ предназначен для подъема оборудования, тяжелых металлических конструкций, подпорки тяжело...
-
В качестве электрической схемы рассмотрим пускатель бесконтактный нереверсивного типа ПБН-160 предназначен для обеспечения плавного нарастания напряжения...
-
Определение геометрических размеров основных элементов фланцевого соединения Расчетная температура элементов фланцевого соединения определяется по...
-
Требования, предъявляемые к холодильным агентам, подразделяются на следующие группы: Экологические - озонобезопасность, низкий потенциал глобального...
-
Правила эксплуатации - Производство йогурта резервуарным и термостатным способами
Эксплуатация автоцистерн и техника безопасности. Перед наполнением цистерны продуктом ее секции, шланги и сливные патрубки обязательно подвергают...
-
Требования безопасности при работе с гидравлическими домкратами 1. Осуществляйте подъем медленно и чаще проводите проверку 2. Старайтесь на стоять на...
-
Домкраты гидравлические с полым штоком ДП используются для натяжения арматуры, канатов, для запрессовки и выпрессовки деталей, установленных с натягом на...
-
ВВЕДЕНИЕ - Расчет объемного гидропривода
Под объемным гидроприводом понимают совокупность устройств, в число которых входит один или несколько объемных гидродвигателей, предназначенных для...
-
Общие правила эксплуатации оборудования Правила технической эксплуатации оборудования предусматривают обеспечение нормальных внешних условий его работы...
-
Эксплуатация винтового фреонового компрессора, а так же рассмотрим схему заправки маслом Эксплуатация-стадия жизненного цикла изделия, на которой...
-
Эксплуатация ГПА газотурбинным проводом - Работа газоперекачивающих агрегатов
Обслуживание ГПА (пуски, остановки, эксплуатация и регламентные работы) должно проводиться в соответствии с требованиями технических инструкций...
-
Домкрат (от голл. dommekracht) - механизм для подъема тяжелых штучных грузов при выполнении ремонтных, монтажных или погрузочно-разгрузочных работ....
-
Энергосбережение сегодня является одним из важнейших аспектов для большинства потребителей тепловой энергии. Постоянный рост цен на энергоносители делает...
-
Допустимые условия микроклимата - Параметры микроклимата производственной среды
5.1. Допустимые микроклиматические условия установлены по критериям допустимого теплового и функционального состояния человека на период 8-часовой...
-
Описание конструктивных особенностей и условий работы ремонтируемой детали Механизм поворота экскаватора ЭО - 3322А предназначен для поворота платформы...
-
1. Нефтепереработка (Тяжелые масла, промывочные масла) 2. Химическая промышленность (ПВХ, Латекс, Акрилацетат, TiO2 и. т.д.) 3. Целлюлозно-бумажная...
-
В связи с тем, что в шахтах, опасных по газу и пыли, создается возможность возникновения пожара или взрыва, к электрооборудованию этих шахт предъявляются...
-
Описание конструктивных особенностей и условий работы ремонтируемой детали Механизм реверса экскаватора ЭО-4112Б предназначен для переключения пути...
-
Особенности работ на акваториях - Аварийные выбросы в условии акватории
Ни для кого не секрет, что аварии в условиях акваторий являются более катастрофичными и масштабными, в отличие от суши. И, следовательно, необходимо...
-
Особенности титановых сплавов - Титан и титановые сплавы
Одним из важных преимуществ титановых сплавов перед алюминиевыми и магниевыми сплавами является жаропрочность, которая в условиях практического...
-
Введение, Понятие о температуре и о температурных шкалах - Общие сведения об измерениях температуры
Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела. Согласно кинетической теории температуру определяют как меру кинетической...
-
Организация рабочего места - Деревообрабатывающие станки и их эксплуатация
Зону трудовых действий одного или группы слесарей-электриков (звена, бригады) при монтаже электроконструкций и электрооборудования называют рабочим...
-
Основные нормы технологического режима работы аммиачного абсорбера приведены в таблице 2. Таблица 2 - Показатели технологического режима [5] Наименование...
-
Введение - Эксплуатация и ремонт горных машин и комплексов
Эксплуатация механического оборудования карьеров - процесс целесообразного использования средств механизации горных работ при достижении их максимальной...
-
Охлаждение мяса, Консервирование мяса низкой температурой - Консервирование мяса
По пищевому достоинству охлажденное мясо лучше замороженного. Охлаждают мясо в специальных камерах охлаждения, в которых перед загрузкой мяса T0 воздуха...
-
В данной схеме автоматизации подлежит следующее холодильное оборудование: Холодильный агрегат, включающий полугерметичный компрессор КМ 1, фирмы "...
-
Гидроцилиндры прямолинейного действия, Поворотные гидроцилиндры - Гидропривод
Для привода рабочих органов мобильных машин наиболее широко применяют поршневые гидроцилиндры двухстороннего действия с односторонним штоком (см. рис). У...
-
В автовышке, разрабатываемой студентами КФ МГТУ им. Н. Э. Баумана по заданию Людиновского завода, в качестве опорных и раздвижных гидроцилиндров выбраны...
-
Использование технического оборудования снижает трудоемкость первичной обработки сырья, уменьшает процент отходов и т. д. Внедрение механизированных...
-
В ходе данной работы необходимо установить свойства системы автоматического управления, определить ее временные и частотные характеристики, а также...
-
Параметры работы Для нормальной работы установки должны применяться вода со следующими параметрами: 1) жесткость карбонатная не более 2,5 мг. экв/л; 2)...
-
Назначение, устройство, технические данные, принцип работы и правила эксплуатации компрессионного холодильника "Снайге - 12Е" Бытовой компрессионный...
-
Технологическое оборудование, правила т/б и эксплуатация - Мучные кондитерские изделия
Машина для просеивания муки МПМ-800 Правила эксплуатации. Перед началом работы проверяют санитарно-техническое состояние и наличие заземления. В рабочую...
-
Биологические особенности моркови - Технология производства, хранения и переработки моркови
Отношение к теплу. Морковь относится к холодостойким растениям. Минимальная температура прорастания семян +3...+6°С, быстрее всего появляются всходы при...
-
Литье при низком давлении - Общие аспекты и технология производства пластических масс
Одной из разновидностей литья под давлением термопластичных материалов является т. н. литье при низком давлении (low-pressure injection molding). Литье...
Особенности эксплуатации гидропривода в условиях низких температур