ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ГИДРОСТАНЦИИ

МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ЦЕНТРА «ЕСОСUТ-1,З» (ФРГ)

А. С. Титов

ОАО «Красноярский завод тяжелых экскаваторов»

         При работе гидросистем технологического оборудования, равно как и других гидрофицированных машин, происходит разогрев рабочей жидкости до температуры, при которой наступает тепловой баланс. Однако в период эксплуатации оборудования нередко происходят нарушения теплового баланса по ряду причин. Одной из таких причин является разогрев рабочей жидкости вследствие дросселирования по зазорам в паре золотник - корпус гидроаппаратов, в которых происходит интенсивный износ данного сопряжения в результате загрязненности рабочей жидкости, неточностей изготовления и других причин. Цель данной работы; определение предельных геометрических параметров сопряжения золотник - корпус, при которых не происходит интенсивного разогрева рабочей жидкости и нарушения теплового баланса. В качестве объекта исследования был выбран сверлильно-фрезерно-расточной станок «Есосut-1,3» производства ФРГ с числовым программным управлением, принципиальная гидравлическая схема насосно-аккумуляторной гидростанции которого представлена на рис.1. Работа гидростанции состоит в следующем. В начальный момент времени гидрораспределитель Р включается и отсекает напорную линию насоса Н от сливной. Насос через обратный клапан КО1 нагнетает рабочую жидкость в напорную линию. После достижения давления до величины Pmах отключается гидрораспределитель Р, соединяя напорную линию насоса Н со сливной. Давление в напорной линии после обратного клапана КО1 поддерживает пневмогидравлический аккумулятор АК. Редукционный клапан КР поддерживает на выходе гидростанции постоянное давление. При снижении давления до Pmin включается гидрораспределитель Р и цикл повторяется. Предохранительные клапаны КП1 и КП2 защищают насосную и аккумуляторную ветви от перегрузок. Реле РТ контролирует температуру рабочей жидкости внутри бака гидростанции. Циклограмма работы агрегатов гидростанции представлена на рис. 2. В процессе диагностирования работы гидростанции и состояния гидроаппаратуры выяснилось, что через 4,5 часа работы станка температура рабочей жидкости в баке гидростанции достигала 75°С, в результате чего по сигналу реле контроля температуры РТ система ЧПУ блокировала дальнейшую работу станка. Также было обнаружено, что в результате износа сопряженной пары золотник - корпус редукционного клапана КР фирмы «Rexroth» утечки рабочей жидкости по зазорам превышают допустимую норму в несколько раз и составляют около 6 л/мин. Состояние остальной гидроаппаратуры удовлетворительное. После замены редукционного клапана на ближайший по параметрам отечественный функциональный аналог - клапан типа КРМ - тепловой режим гидростанции был нормализован и установившаяся температура рабочей жидкости в гидробаке не превышала 40°С. Результаты замеров температуры при работе гидростанции с обоими клапанами сведены в табл. 1 и 2, на рис.3 построены графики изменения температуры во времени. Замеры температуры проводились термометром манометрического типа с выносным датчиком типа ТГП-100 ГОСТ 8624-80.

Результаты замеров температуры при работе с клапаном «Rexroth»

Результаты замеров температуры при работе с клапаном КРМ       

         Реальные геометрические размеры сопряженных пар клапанов составили: золотник диаметром 10^-0,035мм, отверстие диаметром 10^+0,03 мм в клапане «Rexroth», золотник диаметром 6^-0,002 мм, отверстие диаметром 6^+0,0045 мм клапане КРМ. Исходя из реальных геометрических размеров пары золотник - корпус, определим теоретическую температуру теплового баланса для обоих клапанов, для упрощения расчетов введем следующие допущения: 1. Исходя из анализа циклограммы нагруженного состояния гидроагрегатов (рис.2), очевидно, что наибольшие потери мощности приходятся на долю насоса и редукционного клапана. Потерями мощности в остальных гидроагрегатах можно пренебречь. 2. Так как доля времени срабатывания распределительных и исполнительных гидроагрегатов, установленных на станке (вне гидростанции) очень мала по отношению ко времени работы гидростанции, то потерями мощности в этих элементах можно пренебречь. Определим площадь проходного сечения по зазору поршень — золотник:.где D- диаметр отверстия; d— диаметр золотника.

         Получим: для «Rехroth» — 1,02 мм² для КРМ —0,06 мм². Объем утечек по зазорам рассчитаем по формуле (2): де  перепад давления на клапане относительно сливной линии, = 14 МПа; - плотность жидкости, =850 кг/м (для ВНИИ НП-403).    Получим: для «Rexroth» Q_уm = 5,85 л/мин; для КРМ Q_ym= 0,344 л/мин. Рассчитаем потери мощности в гидросистеме (4): где - потери мощности в насосе                                 - потери мощности на редукционном клапане, = 12л/мин., - КПД насоса; - коэффициент, учитывающий время работы под нагрузкой, (и - из циклограммы). В результате вычислений получим: с клапаном «Rexroth» = 1729 Вт; с клапаном КРМ  = 444 Вт. Установившуюся температуру рабочей жидкости определим по формуле (3):, где К - коэффициент, учитывающий условия теплопередачи, К =7 (3); F- площадь теплоизлучающих поверхностей, примем F= F_б, F_б - площадь теплоизлучающих поверхностей гидробака, F_б  = 3,34м²; Т₀ - начальная температура рабочей жидкости, Т₀ = 20°С.  Получим: с клапаном «Rexroth» Т_уст = 94°С; с клапаном КРМ Т_уст = 39°С. Сравнив результаты расчета и замеров температуры рабочей жидкости на примере работы гидростанции с клапаном КРМ делаем вывод о правильности выбора исходных данных и методики расчета. Однако, судя по характеру изменения температуры при работе с клапаном «Rexroth», по графику (рис. 3) можно предположить, что реальная установившаяся температура будет больше. Это связано с зависимостью утечек рабочей жидкости от ее вязкости, а вязкости — от температуры, что трудно учесть в практических расчетах. Вероятно, что коэффициент K_t будет стремиться к 1, так как с уменьшением вязкости утечки по зазорам будут увеличиваться, следовательно t_ц  будет уменьшаться, а t_н - возрастать. Исходя из того, что рекомендуемая максимальная температура рабочей жидкости для стационарных установок не должна превышать 60⁰С (2, 3, 4), вычислим величину предельного износа сопряженной пары золотник - корпус для редукционных клапанов «Rexroth» и КРМ. Суммарные потери мощности не должны превышать: Потери мощности на редукционном клапане: Наибольшие утечки по зазору золотник - корпус К_ред : Тогда максимальная площадь проходного сечения: Учитывая, что золотник клапана термообработан и имеет относительно высокую твердость, в процессе работы изнашивается отверстие корпуса. Примем диаметр золотника в исходных данных за номинальный и посчитаем предельный диаметр отверстия корпуса клапана «Rexroth»: Следовательно, зазор по диаметру между золотником и корпусом для клапана «Rexroth» не должен превышать величину 0,027 мм. Исходя из максимально допустимой площади проходного сечения, аналогично получим предельный диаметр отверстия корпуса клапана КРМ. Он составит 6,042 мм. Зазор между золотником и корпусом не должен превышать 0,044 мм. Литература 1. Металлообрабатывающий центр Есосut-1,3: Руководство по эксплуатации.

2. Башта Т. М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение. 1972. 320с. 3. Каверзин С. В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин. Красноярск ПИК «Офсет», 1997. 384с. 4. Навроцкий К. Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1991. 384с.