Головна → Новини і огляди → Особливості експлуатації об'ємного гідроприводу в умовах низьких температур
Широке застосування гідравлічного приводу в самій різній техніці і промисловому обладнанні є загальною тенденцією сучасного машинобудування. Це пов'язано з відомими перевагами гідроприводу, що дозволяє поліпшувати техніко-економічні показники машин. Однак всі ці переваги в основному відносяться до умов експлуатації при помірних температурах
Машини c гідрообладнанням, що випускалися до 1971 року вітчизняною промисловістю, не були пристосовані для експлуатації в суворих кліматичних умовах Сибіру, Крайньої Півночі і Північного Сходу. Для цих регіонів характерні низькі температури протягом тривалого періоду, вічній грунти і рясні снігопади з сильним вітром.
Ефективність роботи гідроприводу оцінюють з урахуванням експлуатаційних властивостей гідравлічних масел в залежності від температури. Так, індустріальні трансформаторні масла ІС-12, І-12А, ІС-20, І-20А з температурою застигання -15 ° С, що не мають змащувальних властивостей, не придатні для експлуатації машин з гідроприводом при низьких температурах. Вони створені для іншого цільового застосування. Температура застигання масел М-8Г2 і М-10Г2 для автотракторних дизелів -15. -25 ° С, і їх застосовують в тракторних гидросистемах тільки в теплий період року. З урахуванням таких особливостей тривалість робочого циклу землерийно-планувальних машин з гідроприводом збільшується, і відповідно зменшується їх продуктивність в період пуску.
При пуску двигуна в умовах низьких температур в початковий період насоси працюють з низьким об'ємним ККД. Відповідно знижується продуктивність машин, а тривалість розігріву РЖ в гідросистемі до настання теплової рівноваги значно зростає. У перші 100 хв і навіть більше спостерігається розрідження у всмоктуючих гідролінії машин (т. Е. Вакуум - тиск значно нижче атмосферного) від 0 до 0,02 МПа (0,002 кгс / см 2).
На графіку (рис. 1) показано інтенсивне підвищення температури масла в гідросистемах циклічно працюючих машин до настання рівноважного теплового стану (від 40 до 60 хв). Винятком виявилася гідравлічна система автогрейдера, у якого стабільне тепловий стан наступило через 100 хв через велику протяжності трубопроводів гідросистеми і поверхні їх охолодження.
Через невідповідність властивостей ущільнень і рукавів високого тиску умовам експлуатації часом виникають навіть відмови. При низьких температурах гумові ущільнення втрачають пружні властивості, і тиск на контактної поверхні знижується або його зовсім немає. Для багатьох марок гум контактний тиск зберігає первісне значення лише до -15. -25 ° С. Подальше зниження температури призводить до різкого падіння контактного тиску, яке при -40. -45 ° С повністю зникає, і тоді з'являються зовнішні витоку масла.
У 1971 році після прийняття ГОСТ 15150-69, який встановлює виконання умов створення машин, придатних для експлуатації при низьких температурах, а також їх експлуатації, зберігання і транспортування, на Центральному науково-дослідному полігоні (ЦНІПА) були розроблені технічні вимоги до гідростатичному приводу для виробів в «північному виконанні» і рекомендації по їх експлуатації. Тепер машинобудівні заводи були зобов'язані вводити додаткові букви і цифри в умовне позначення марки вироби, що давало додаткову інформацію про кліматичному виконанні продукту: УХЛ - для районів з помірним і холодним кліматом, У - помірний, ХЛ - холодний, М - помірно-холодний морський.
Застосування спеціальних низькотемпературних сортів гідравлічних масел і ущільнень не усуне всіх труднощів при експлуатації. Значне охолодження викликає температурні деформації виробів, порушення посадки і зміна фізико-хімічних властивостей застосовуваних матеріалів - пластичності, обсягу, лінійних розмірів і ін. Ця проблема є багатофакторної і тому технічно складною, адже працездатний стан мобільних машин з гідроприводом має забезпечуватися в широкому діапазоні температур: від -60 ° с в Антарктиці до більш ніж +40 ° с в районах з сухим тропічним кліматом.
При підвищенні температури і зниженні в'язкості гідравлічного масла нижче допустимого рівня різко зростають об'ємні втрати (внутрішні перетікання і зовнішні витоку), відбувається безпосередній контакт сполучених поверхонь тертя деталей, локальний нагрів, інтенсивний знос і схоплювання тертьових поверхонь, що може привести до часткової або повної втрати працездатності обладнання. Тому вирішальним є правильний вибір матеріалів, з яких виготовляється гидрооборудование, висока точність сполучення деталей, марка гідравлічних масел, якість ущільнень і рукавів високого тиску.
В об'ємному гідроприводі мобільних машин основний агрегат гідросистеми - насос, стан якого впливає на працездатність всієї машини. При експлуатації на відкритому повітрі найбільший вплив на працездатність насоса надає величина гідравлічного опору (втрат тиску) у всмоктувальній магістралі при зміні температури навколишнього середовища. Саме через зниження тиску робочий об'єм насоса в процесі всмоктування заповнюється недостатньо, що залежить в найбільшій мірі від в'язкості масла, швидкості потоку, внутрішнього діаметра і довжини усмоктувальної магістралі.
Експериментальними дослідженнями встановлено межі працездатного стану насосів в залежності від температури, на підставі яких наведені технічно обґрунтовані рекомендації щодо застосування гідравлічних масел (див. Таблицю).
На рис. 2 наведено залежності об'ємного hn і повного h ККД насосів від зміни температури гідравлічного масла МГ-15В при номінальних значеннях тиску нагнітання і частоти обертання насосів, з яких випливає, що в зоні найнижчих температур (-55. 40 ° С) різко знижується об'ємний ККД через те, що робочий об'єм насоса не заповнений маслом через надмірно високого гідравлічного опору потоку на короткій ділянці всмоктуючої магістралі, хоча рівень масла в баку був вище осі насоса приблизно на 0,5 м.
На наступній ділянці графіка (від -43 до -35 ° С), не дивлячись на прийнятне значення об'ємного ККД (90%), робота деяких насосів супроводжується шумом, характерним для явищ кавітації, і пульсацією потоку. При інтенсивному нагріванні масла робота насоса швидко переходить в стабільний режим, що робить його придатним для тривалої експлуатації.
Шестеренні насоси забезпечують кращу прокачиваемость, проте вони чутливі до зміни в'язкості і у них менший температурний діапазон високого і стабільного ККД, особливо при позитивних температурах. У аксіально-поршневих насосів прокачиваемость при низьких температурах в період пуску гірше, але вони менш чутливі до змін в'язкості гідравлічного масла і у них більш широкий діапазон стабільного і більш високого ККД. Зокрема, аксіально-поршневі насоси (гідромотори) 210.20; 310.20; 310.28; 310,56; 310,112 і деякі інші стійко працюють при зміні в'язкості від 8 до 1200 сСт. Це відповідає температурі гідравлічного масла від +60 до -40 ° С.
Різні граничні значення в'язкості гідравлічного масла МГ-15В для різних типів насосів пояснюються конструктивними особливостями механізмів. У аксіально-поршневих насосів особливістю є розмір і конфігурація всмоктуючого тракту, зазори в качати вузлі і між блоком циліндрів і розподільником, у шестеренних насосів - зазори між зубчастими шестернями з двох сторін і бічними стінками по периметру корпусу насоса, а також між зубчастими шестернями, що знаходяться в зачепленні. За даними заводів-виготовлювачів, шестеренні насоси типу НШ мають об'ємний ККД на дизельному маслі 0,92. 0,94, а загальний (повний) - 0,83. 0,85. У аксіально-поршневих насосів типу 310 об'ємний ККД дорівнює 0,95, а загальний - 0,91 на гідравлічному маслі МГ-15В.
Наведені на рис. 2 залежно характерні для розімкнутих гідросистем, в яких бак з робочою рідиною встановлений вище осі насоса на 0,5 м і більше, т. Е. Існує статичний напір у всмоктувальній гідролінії. Потужність в період пуску повинна бути обрана з запасом в межах 1,15. 1,4 номінального значення в залежності від типу встановленого насоса.
Найбільші значення загального ККД аксіально-поршневих насосів типу 210. 310 на гідравлічному маслі МГ-15В для багатьох гідросистем машин відповідають сталому тепловому режиму (від -10 до +55 ° С).
При зменшенні частоти обертання аксіально-поршневого насоса 11М№5 на 40% діапазон стійкої роботи за рівнем в'язкості РЖ збільшився в 2,5 рази (від 400 до 1000 сСт), а межа прокачуваності - вдвічі.
Залежність частоти обертання аксіально-поршневих насосів типу 210 в режимі самовсмоктування від в'язкості РЖ представлена на рис. 3. Наочно видно також залежність подачі насосів від частоти обертання для насосів різних типорозмірів в залежності від в'язкості РЖ. Насоси з меншим робочим об'ємом здатні працювати при більшій частоті обертання. Однак характерне для всіх насосів зниження подачі настає приблизно при однаковому значенні кінематичної в'язкості - 2500. 2600 сСт. Робота всіх насосів при в'язкості більше 2600 сСт відбувається з незаповненням робочих камер насосів і пов'язана з кавітацією.
Тривалий робочий режим для насосів можна створювати тільки після досягнення в'язкості РЖ, при якій забезпечується повне заповнення робочого об'єму насоса. З графіка (див. Рис. 3) випливає, що гідравлічне масло МГ-15В для аксіально-поршневих насосів можна застосовувати як всесезонне в широкому діапазоні зміни температури без попереднього підігріву.
Застосування тільки двох основних сортів гідравлічних масел МГ-15В і МГЕ-46В забезпечує працездатність і надійну експлуатацію мобільних машин і скорочує додаткові витрати, пов'язані з виготовленням, транспортуванням і зберіганням великого асортименту нафтопродуктів, в тому числі дозволяє зменшити забруднення гідросистем при зміні сезонних гідравлічних масел. Інші марки масел можна застосовувати після офіційного підтвердження їх придатності виробником гидрооборудования або постачальником, що гарантує працездатність і технічний ресурс. Необхідно вимагати від постачальника гідравлічних масел сертифікат, що засвідчує якість.
Заливають гідравлічні масла в гідросистему обов'язково за допомогою фільтруючих пристроїв з тонкістю очистки 10 мкм. У гідросистемах мобільних машин, які тривалий час експлуатуються в умовах холодного клімату, не рекомендується встановлювати фільтри у всмоктувальній гідролінії: вони створюють додатковий опір потоку, і при температурі масла МГ-15В нижче -25. -30 ° С в фільтрах з тонкістю фільтрації 25. 40 мкм відкриваються переливні клапани і масло надходить на злив в бак гідросистеми. Якщо є необхідність застосовувати усмоктувальні фільтри з переливним клапаном, слід збільшити пропускну здатність фільтрів не менше трикратної номінальної подачі насоса. Це дозволить також збільшити грязеемкость фільтроелементів і періодичність їх заміни.
Експлуатуючи машини з гідроприводом, треба мати на увазі, що при нагрітому маслі в баку і низькій температурі навколишнього середовища відбувається конденсація вологи з повітря. Вода може потрапляти в масло і потім в гідросистему. Наявність води в гідравлічному маслі не тільки викликає корозію, а й різко підвищує температуру застигання, тому масло слід доставляти розфасованим в герметичну тару, а при доливці масла в бак - виключити можливість потрапляння води в гідросистему. При технічному обслуговуванні експлуатованої техніки потрібно періодично відгвинчувати зливні пробки і звільняти бак від накопиченої вологи і механічних домішок.
І остання порада: щоб прискорити підготовку машини до роботи і для того, щоб ефективно експлуатувати її при оптимальній температурі, відповідної найбільш високому значенню загального ККД, слід передбачити теплоізоляцію трубопроводів і баків для гідравлічного масла.
