14.2. Гидролинии

Гидролиниями называются трубопроводы, необходимые для объединения отдельных элементов объемного гидропривода в единую гидросистему. В гидроприводе различают следующие типы гидролиний:

всасывающая – это гидролиния, по которой жидкость движется к насосу;

напорная – это гидролиния, по которой жидкость движется под давлением (от насоса или гидроаккумулятора);

сливная – это гидролиния, по которой рабочая жидкость сливается в бак;

управления – это гидролиния, по которой жидкость движется к устройствам управления и регулирования;

дренажная – это гидролиния, предназначенная для отвода утечек жидкости от гидравлических устройств в бак.

Гидролинии выполняют либо в виде трубопровода, соединяющего агрегаты и устройства гидропривода, либо в виде каналов, полученных сверлением, литьем или штамповкой в корпусе агрегата (устройства).

Под расчетом гидролиний на этапе проектирования гидропривода понимается: определение конструктивных размеров проходных сечений трубопроводов или каналов; расчет потерь давления в гидролинии; расчет труб или каналов на прочность.

Для труб и каналов круглого проходного сечения диаметр этого сечения определяется экономически приемлемыми и технологически допустимыми скоростями рабочей жидкости. На основании опыта проектирования гидросистем рекомендуется, чтобы средняя скорость движения рабочей жидкости в гидролинии не превышала следующих значений: для напорной гидролинии – 6 м/с; для всасывающей гидролинии – 1,5 м/с; для сливной гидролинии – 2 м/с; для гидролиний управления – 5 м/с.

Расчетное значение внутреннего диаметра трубы d_p (или канала) определяют исходя из принятого значения средней скорости жидкости:

Где Q – заданный расход рабочей жидкости через трубу или канал. Полученный в результате расчета диаметр d_p используют при окончательном выборе внутреннего диаметра трубы d из стандартного ряда в соответствии с гост 16516 – 80.

Потери давления в гидролиниях на трение по длине и в местных гидравлических сопротивлениях определяют по методам, рассмотренным в гл. 7 с использованием формул, приведенных в гл. 5 и 6.

Расчет труб на прочность сводится к определению толщины δ их стенок при известном максимальном давлении р и допустимом напряжении материала трубы σ_д. Для этого может быть использована формула

Для стальных труб (сталь 20, 35, 40) допустимое напряжение σ_д = 400…500 МПа, для труб из цветных металлов и сплавов

σ_д = 200…250 МПа. При искажении цилиндрической формы трубы (изгиб) ад должно быть снижено на 25 %. Запас прочности при расчете обычно выбирают равным трем.

Если расчетная толщина стенки получилась малой, то, учитывая возможность внешних механических повреждений, ее не следует выбирать менее 0,8…1 мм для цветных металлов и 0,5 мм для сталей.

Трубопроводы, из которых монтируют гидролинии в гидроприводах, по конструкции можно разделить на жесткие и гибкие.

К жестким относятся трубопроводы из стальных бесшовных холоднотянутых труб или труб из цветных металлов – меди или алюминия. Соединение жестких трубопроводов может производиться с помощью специальных деталей, называемых соединительной арматурой.

Пайка (сварка) труб (рис. 14.1, а) в машиностроении применяется редко, только для трубопроводов, не подлежащих демонтажу. При пайке (сварке) труб 1 пользуются переходными втулками 2.

Соединение с развальцовкой (рис. 14.1, б) применяется для труб диаметром до 30…35 мм, изготовленных из цветных металлов или ковкой стали. Трубы 1 соединяются проходником 4 с помощью ниппеля З и накидных гаек 5. Соединение с развальцовкой отличается простотой, но может применяться при давлении не более 30 МПа и имеет ограниченное число возможностей повторного монтажа в силу затвердения материала и порчи развальцованной части трубы.

Соединение по внутреннему конусу (рис. 14.1, в) используется для труб 1 гидросистём с рабочим давлением до 40 МПа при необходимости частого демонтажа гидролиний. Герметичность этого соединения обеспечивается контактом шарового ниппеля 7 с конической поверхностью штуцера б с помощью накидной гайки 5. Типы и размеры арматурьт для соединения по внутреннему конусу указаны в ГОСТ 16039 – 70…16078 – 70.

Соединение с врезающимся кольцом (рис. 14.1, г) используется для труб 1 гидросистем, работающих при высоких давлениях. Это соединение обеспечивает герметичность при давлении до 40 МПа за счет врезания кольца 8из твердой стали в более мягкий Материал трубы 1. При этом накидная гайка 5 навинчивается на штуцер 6.

Типы и размеры арматуры для соединений с врезающимся кольцом приведены в ГОСТ 15763 – 75, ГОСТ 23358 – 78 и др.

Фланцевое соединение трубопроводов (рис. 14.1, д) применяется для стальных труб диаметром свыше 40 мм, причем для низких давлений фланец 9 соединяется с трубой 1 с помощью резьбы, а для высоких – сваркой. Уплотнение фланцев обычно осуществляется с помощью мягких металлических прокладок 10 (медных или алюминиевых) или резиновых колец. Типы фланцев и арматуры для этого соединения указаны в ГОСТ 12815 – 80.

Гибкие трубопроводы применяют для соединения элементов гидропривода, расположенных на подвижных частях машин. При этом возможно перемещение элементов гидропривода относительно друг друга. В качестве гибкого трубопровода в основном используют резинотканевые шланги, называемые рукавами высокого давления (РВД). Рукав имеет внутренний резиновый слой, затем хлопчатобумажный, металлическую оплетку и внешний резиновый слой, предохраняющий рукав от повреждения.

Рукава (ГОСТ 6286 – 73) бывают: с одной оплеткой, рассчитанные на давление до 20 МПа (1 тип); с двойной оплеткой, рассчитанные на давление до 30 МПа (11 тип); с тройной оплеткой, рассчитанные на высокие давления (III тип). для небольших давлений используются также рукава без металлической оплетки.

Соединение гибких рукавов с другими элементами гидросистем производится с помощью присоединительной арматуры. Способы заделки гибких трубопроводов в арматуре, применяемые в машиностроении, показаны на рис. 14.2. На рис. 14.2, а представлен способ зажима шланга с помощью закатки в профильный наконечник

Данный способ применяется при давлении до 16 МПа, обеспечивает надежную герметизацию и допускает большие осевые нагрузки. На рис. 14.2, 6 показан способ заделки шланга при рабочих давлениях до 0,5 МПа. В ряде случаев для увеличения прочности соединения в осевом направлении шланг снаружи зажимают хомутом.

В некоторых гидроприводах применяются быстроразъемные соединения. Такое соединение приведено на рис. 14.2, в. Оно состоит из двух разъемов – штырькового 5 и гнездового 1. В них установлены шарики 2 и 6, а также пружины 7 и 9, упирающиеся в крестовины 8и 10. При соединении парных разъемов шарики соприкасаются и взаимно отжимаются от седел. В результате открываются проходные сечения. Герметичность соединения обеспечивается уплотнительным кольцом 4, а прижим и фиксация разъемов – накидной гайкой 3. При расстыковке шарики 2 и 6 под действием пружин прижимаются к седлам и препятствуют вытеканию рабочей жидкости.

К монтажу трубопроводов с внутренним диаметром d и внешним диаметром d_т предъявляются следующие требования:

не допускаются вмятины на трубах;

радиус изгиба жестких трубопроводов R ≥ (4…2) d_т;

радиус изгиба рукавов должен зависеть от их типа; рекомендуется R ≥ (12…18) d;

крепления труб должны располагаться на расстоянии l ≤ (40…60) d_т друг от друга.

Кроме рассмотренных соединений, в гидроприводах применяются также специальные конструктивные узлы для присоединения трубопроводов к вращающимся деталям.