Гидроаккумуляторы, гидропреобразователи и гидробаки

Гидравлические аккумуляторы служат для накопления энергии рабочей жидкости во время пауз ее потребления с последующим ее использованием. По способу накопления энергии они бывают грузовые, пружинные и газовые. Наибольшее распространение получили газовые гидроаккумуляторы из-за их меньшего веса и простоты. Накапливание энергии у них происходит за счет сжатия газа (воздуха) в герметичной емкости во время снижения или прекращения потребления рабочей жидкости гидродвигателями. Использование гидроаккумуляторов позволяет понизить производительность и мощность насосов до среднего значения всех потребителей, а в гидроприводах эпизодического действия - обеспечить их работу в период пауз включения насоса.

Газовые гидроаккумуляторы бывают без разделителя и с разделителем. У гидроаккумуляторов без разделителя рабочая жидкость находится в непосредственном контакте с газом (воздухом), постоянно растворяя его в себе и ухудшая тем самым свои свойства. Поэтому рекомендуется применение гидроаккумуляторов с разделителями в виде мембран (резиновых диафрагм) или эластичных баллонов.

Оптимальная форма газового аккумулятора - сфера. При такой форме обеспечивается минимальный вес и снижение в два раза (по сравнению с цилиндрической) напряжения в стенках, обусловленного внутренним давлением.

Объемы и давления газовых аккумуляторов связаны между собой следующим соотношением[1, 3]:

Vп=Vк[(Pн/Рmin)1/n−(Рн-Рmax)1/n], (6.28)

где Vп- полезный объем (объем рабочей жидкости, который может выдать из себя гидроаккумулятор при понижении давления в гидролинии до Рmin),л;

Vк- конструктивный объем гидроаккумулятора равный сумме полезного объема и объема газа в нем, л;

Рн - начальное (предварительное) давление газа до заполнения его рабочей жидкостью (в начале зарядки), МПа;

Рmax- максимальное давление в гидроаккумуляторе в конце его зарядки, МПа;

Рmin- минимально допустимое давление в конце разрядки, МПа;

n- показатель политропы. Для режимов с временем зарядки t=10-15 с n=1,3 [3].

Для приближенных расчетов можно пользоваться следующими соотношениями [3]:

Vк= Vп+Vг; Vк=(9÷11)Vп; Vг=(8÷10)Vп,

где Vг- минимально необходимый объем газа.

Для расчета на прочность сферических гидроаккумуляторов может быть использована формула [3]:

[σ]_p≤P_maxD/4δ (6.29)

где [σ]р- допустимое напряжение на разрыв материала корпуса. Для стали можно принять [σ]р=160 МПа;

D, δ - внутренний диаметр и толщина стенки корпуса, м.

При расчетах и проектировании гидроаккумуляторов следует руководствоваться ГОСТ 14064-68.

Гидропреобразователи (мультипликаторы) - преобразуют энергию одного потока рабочей жидкости в энергию другого потока с большим (чем первого) давлением. Это позволяет избежать применения дорогих насосов высокого давления [3].

Гидропреобразователи бывают одинарного и двойного действия. Коэффициент усиления давления (i) мультипликатора

i=D2/d2, (6.30)

где D и d - диаметры входной и выходной полостей, м.

Коэффициент усиления находится в пределах i=2÷2000. Для гидропреобразователей двойного действия, применяемых в маши­ностроении, i= 3-7 при расходе рабочей жидкости до 120 л/мин[3].

Гидробаки служат для хранения рабочей жидкости и питания системы гидропривода. В нем же происходит отстой и охлаждение жидкости, выпуск паров и воздуха. Его объем принимают равным:

- для гидроприводов бульдозеров, скреперов, автогрейдеров, рыхлителей – (0,8÷1,0)*Q_н, л;

- для гидроприводов экскаваторов, погрузчиков, кранов – (1,0÷1,5)*Q_н, л;

- для гидроприводов стационарных машин – (1,5÷2,0)*Q_н, л;

где Q_н– минутная подача насоса, л.

Заметим, что результаты анализа более 500 зарубежных и 100 отечественных гидрофицированных самоходных машин [20] не выявили строгой зависимости ёмкости бака от подачи насоса. Например, для одноковшовых экскаваторов V_б=(0,45÷1,25)*Q_н; для автокранов V_б=(0,59÷2,25)*Q_н; для бульдозеров V_б=(0,36÷1,34)*Q_н. Обычно бак выполняется сварным со съемной верхней крышкой, в которой предусматривается отверстие с пробкой и сетчатым съемным фильтром для заливки жидкости. Внутри устраивается переливная стенка, разделяющая бак на зону всасывания и слива. Она позволяет успокаивать жидкость и улучшать условия ее отстоя от частиц.

Номинальные емкости баков по ГОСТ 12448–80 должен соответствовать (в литрах):2,5; 4,0; 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3200; 4000; 5000; 6300; 8000; 10000 литров [13].

Всасывающий трубопровод располагают на небольшом расстоянии от дна, чтобы насос работал с некоторым подпором и исключалось засасывание осевших на дно твердых частиц. Сливная линия подводится параллельно дну на 1/3 высоты от дна.

В гидробаках устанавливают также фильтры и, при необходимости, теплообменные аппараты для нагрева или охлаждения рабочей жидкости.

Бак должен иметь устройство для контроля уровня жидкости - обычно в виде смотрового стекла.

Дня смены рабочей жидкости и слива отстоя бак снабжается спускными отверстиями, нижнее из которых (для слива отстоя) - с магнитной пробкой.