ДЕЛИТЕЛИ ПОТОКА В СИСТЕМЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОПРИВОДОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАШИН

Эффективность работы современных строительных машин в значительной степени определяет их гидропривод [1]. Эффективность самого гидропривода обеспечивается качественными конструированием, изготовлением и эксплуатацией, объединенных в единственную систему. Важнейшим элементом этой системы является очистка рабочей жидкости от загрязнений. Эту очистку необходимо проводить с минимальными потерями энергии (давления в гидроприводе) и затратой материалов.

Анализ методов очистки рабочей жидкости [1] показал, что механические методы обеспечивают необходимую степень очистки (10…20 мкм), но требуют замены, с определенной периодичностью, фильтрующих элементов.

Силовые методы очистки рабочей жидкости не требуют в эксплуатации расходного материала, но не лишенные следующих недостатков:

- гидроциклонный очиститель тратит для очистки большую мощность, чем очистители других типов;

- центробежные очистители работают выше уровня рабочей жидкости;

- электростатические очистители чувствительны к вибрациям и сотрясениям, всегда присутствующие при работе строительной машины;

- ультразвуковые очистители (коагуляторы) могут оказать негативное влияние на оператора и обслуживающий машину персонал.

Целью исследований является повышение эффективности работы гидропривода улучшением его характеристик на основе применения делителей потока.

На основе анализа методов очистки рабочей жидкости строительной машины, на примере экскаватора ЭО-4325, разработана следующая улучшенная схема очистки рабочей жидкости его гидропривода (рис.1). Гидропривод состоит из двухсекционного насоса (Н1 и Н2), который подает рабочую жидкость в гидравлическую систему строительной машины. На сливной магистрали гидропривода расположен делитель потока ДП1, на одной ветви которого установлен магистральный магнитный фильтр Ф1, на второй – фильтр тонкой очистки Ф2, на третьей ветви устанавливается гидроциклонный блок (Ф5, Ф6, Ф7). Очищенная гидроциклонами рабочая жидкость поступает в бак, а рабочая жидкость с загрязнениями, удалёнными гидроциклонами, поступает на центробежный очиститель Ф3. Очищенная фильтром тонкой очистки рабочая жидкость следует к эжекторам насоса Э1 и Э2, улучшая их питание (техническую характеристику). Очистка воздуха, контактирующего с рабочей жидкостью в баке, производится при помощи воздушного фильтра Ф4.

Применение делителя потока ДП1 дает возможность использовать для очистки рабочей жидкости комбинированную систему, в составе которой используются:

Рисунок 1 – Схема гидропривода с комбинированной системой очистки рабочей жидкости

- современные магистральные фильтры с небольшой потерей давления для основного потока рабочей жидкости (80….95 %);

- гидроциклонные и центробежные фильтры тонкой очистки для меньшей части рабочей жидкости (5….20 %), что дает возможность не тратить большую мощность на работу этих устройств, но удалять основную массу загрязнителей именно этими фильтрами;

- делитель потока в этой схеме используется и в качестве источника гидравлической мощности для эжектора, который устанавливается на входе в насос строительной машины и улучшает его техническую характеристику;

- фильтр тонкой очистки, обеспечивая высокое качество очистки рабочей жидкости, работает с предварительно очищенной рабочей жидкостью магистральным, гидроциклонным и центробежными фильтрами, что существенно снижает нагрузку на него и продлевает срок его службы.

Делитель потока в этой схеме является важнейшей составной частью. Общий расход рабочей жидкости с параметрами делителя потока связан зависимостью

(1)

где – соответственно общее количество рабочей жидкости, поступающей из гидропривода в бак для очистки и проходящее через левый, средний и правый секции делителя потока;

– частота вращения делителя потока;

– соответственно рабочий объем всех секций распределителя.

Откуда

(2)

Гидравлическая мощность рабочей жидкости, приходящаяся на каждую секцию делителя потока, определяется по следующим зависимостям

N₁ = p₁ ∙ Q₁ = n ∙ V₁ ∙ p₁,

N₂ = p₂ ∙ Q₂ = n ∙ V₂ ∙ p₂, (3)

N₃ = p₃ ∙ Q₃ = n ∙ V₃ ∙ p₃,

где N₁, N_2, N₃ – гидравлическая мощность на левой, средней и правой секциях делителя потока;

p₁, p_2, p₃ – перепад давления на выходе левой, средней и правой секциях делителя потока, вызванный соответствующими нагрузками на эти секции;

– расходы на левой, средней и правой секциях делителя потока;

– соответственно рабочий объем всех секций распределителя.

Гидравлическая мощность, расходуемая на работу делителя потока, определяется по следующей формуле

N_д = p_х ∙ Q₃ = p₃ ∙ Q₃ + ∆N = p₃ ∙ Q₃ + n ∙ (V₁ ∙ p₁ + V₂ ∙ p₂), (4)

где ∆N – дополнительная гидравлическая мощность, которую потребляет секция делителя потока, работающая в режиме гидромотора;

– давление на входе делителя потока;

p_х ∙ Q₃ – гидравлическая мощность, расходуемая на работу комбинированной системы очистки рабочей жидкости и подпитку насосов.

Откуда

p_х = [p₃ ∙Q₃ + p₁ ∙Q₁ + p₂ ∙Q₂] / Q₃ = [n ∙( V₃ ∙p₃ + V₁ ∙p₁ + V₂ ∙p₂)] / n ∙V₃ . (5)

Обычно в делителях потока могут быть применены лишь гидромоторы с высоким коэффициентом подачи [1]. Но в нашем случае необходимо, чтобы устройство имело, в первую очередь, небольшие механические потери и небольшую стоимость, а точность деления рабочей жидкости, которая следует на фильтры, может быть небольшой.

Наиболее простыми делителями объемного типа являются спаренные (связанные валами) гидромоторы роликовых типов. Сам делитель потока рабочей жидкости представляет собой трехсекционный роликовый гидромотор, в который с одной стороны из сливной магистрали попадает рабочая жидкость и делится на три потока пропорционально объёмам секций делителя потока независимо от нагрузки.

Принцип работы делителя рабочей жидкости объясняет рис. 2. Роторы, вращаясь против часовой стрелки, захватывают ролики, которые центробежной силой прижимаются к корпусу делителя и выступам ротора, обеспечивая герметичность этих поверхностей.

Рисунок 2 – Принцип работы делителя потока рабочей жидкости

В результате эксцентриситета роторов относительно корпусов делителя происходит подача рабочей жидкости при работе устройства в режиме насоса. При работе устройства в режиме мотора наоборот, поток рабочей жидкости вращает насос.

На основе изложенного следует, что применение делителей потока рабочей жидкости в гидроприводе позволяет сочетать очистку рабочей жидкости с подпитой его насосов, обеспечивая при этом высокое качество очистки рабочей жидкости, существенно уменьшает расход материала на фильтрование, не требует значительного повышения затрат энергии на фильтрование и, одновременно, улучшает работу насоса.