Для каждой гидравлической системы и сорта масла существует минимальная температура, при которой обеспечивается необходимая скорость подачи рабочей жидкости. Если температура масла ниже минимальной, то количество жидкости, которое поступает к силовым механизмам, не обеспечивает их нормальную работу.
На основании проведенных экспериментальных исследований было установлено, что скорость перемещения жидкости во всасывающей магистрали при пуске не должна быть ниже 1,15 м/с для диаметра 20 мм, 0,5 м/с - для 30 мм, 0,35 м/с - для 40 мм. При этих скоростях движения обеспечивается предельная подача рабочей жидкости (400 см3/с) шестеренным насосом к силовым механизмам гидравлической системы. Скорость оценивалась количеством рабочей жидкости, подавляемой шестеренным насосом в единицу времени (см3/с).
Исследования проводились на сортах масел (АМГ-10, АУ, МГ-20 и зарубежном SAE5W-20) при различных температурах рабочей жидкости, диаметром всасывающей магистрали и частоте вращения вала насоса равной 26 об/с.
Из анализа графиков (рис. 1) следует, что при увеличении диаметра всасывающей магистрали с 20 до 40 мм предельные значения кинематической вязкости (соответствующие минимальным температурам подачи масла) меняются в широких пределах от 200 до 2000 сСт, что соответствует диапазону температур, для масла АУ-5:-220С, а для АМГ-10:-28:-550С соответственно.
При более высоких значениях вязкости во всасывающей полости насоса устанавливается максимальный вакуум и повышается вероятность кавитационного разрушения насоса.
Как правило, минимальные температуры, при которых обеспечивается необходимая скорость подачи выше, чем предельные температуры рабочей жидкости, при которых возможен запуск гидравлического насоса. По мере увеличения диаметра всасывающей магистрали минимальные температуры и предельные температуры запуска имеют примерно одинаковое значение.
Предельные значения вязкости рабочей жидкости и минимальные температуры, соответствующие скорости подачи равной 1,15; 0,5; 0,35 м/с даны в таблице 1.
Таблица 1
Предельные значения вязкости рабочей жидкости и минимальные температуры (I-АУ, 2-АМГ-10, 3-SAE5W-20)
|
Параметры |
20 мм |
30 мм |
40 мм |
||||||
|
I |
2 |
3 |
I |
2 |
3 |
I |
2 |
3 |
|
|
Предельная величина кинематической вязкости сСт |
600 |
600 |
600 |
850 |
850 |
850 |
1600 |
1600 |
1600 |
|
Минимальная температура подачи масла в 0С |
-12 |
-42 |
-23 |
-19 |
-47 |
-28 |
-22 |
-55 |
-35 |
|
Скорость подачи масла в м/с |
1,15 |
1,15 |
1,15 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,35 |
0,35 |
0,35 |
Рис. 1. Зависимость изменения скорости подачи рабочей жидкости от ее вязкости и диаметра всасывающей магистрали
Таким образом, скорость подачи масла в пусковой период обеспечивается при кинематической вязкости рабочей жидкости от 200 до 2600 сСт. При увеличении диаметра всасывающей магистрали минимальные температуры подачи рабочей жидкости для различных сортов масел изменяются в сторону отрицательных значений в пределах 10; 130С, что позволяет расширить зону предельных температур пуска насоса при эксплуатации в условиях Крайнего Севера.
Скорость подачи масла во всасывающую полость насоса по мере возрастания сопротивления во всасывающей магистрали падает и как показали опыты, наступает такой момент, когда неудовлетворительное заполнение впадин зубьев шестеренчатого насоса вызывает резкое снижение подачи.
Как показал эксперимент, в пусковой период, практически для всех сортов масел и гидравлических систем, при отрицательных температурах рабочих жидкостей, разряжение во всасывающей полости насоса достигает максимальной величины. В этот период идет интенсивный подсос воздуха через неплотности соединений всасывающей магистрали, сальники насоса и начинает выделяться воздух из рабочей жидкости.
Пузырьки воздуха в смеси с минеральным маслом образуют эмульсию, устойчивость которой зависит от физических свойств жидкости и размера пузырьков.
Исследованиями установлено, что период пуска и прогрева гидравлической системы занимает длительный промежуток времени равный 1,5; 2 часам. Практически весь этот период времени сохраняется возможность работы насоса на недопустимом давлении у входа во всасывающую полость насоса. Согласно техническим характеристикам заводов-изготовителей, это давление равно 0,02;0,03 МПА.
График, характеризующий изменение вакуума на входе в насос от времени работы системы, представлен на рисунке 2. Как видно, время падения вакуума до допустимых пределов, для различных систем неодинаково. Так, например, для гидравлической системы трактора К-701, работа на допустимой величине давления у входа в насос (0,02; 0,03 МПа) и при работе на жидкости АМГ-10, с начальной температурой рабочей жидкости равной -500С, наступает через 27; 35 минут после пуска. Для гидравлической системы трактора ТТ-4 этот диапазон времени равен 36; 44 мин., у экспериментальной установки 46; 57 мин.
Рис. 2. Изменение вакуума во всасывающей магистрали от времени работы системы АМГ-10 ГОСТ 6794-53
Полученные результаты наглядно показывают, что на время падения вакуума до допустимых значений большое влияние оказывает характер размещения гидравлического оборудования и наличие дополнительных источников тепла. Так, компактное размещение гидравлического оборудования (насоса, распределителя, бака и т.д.) на тракторе К-701, по сравнению с гидравлической системой трактора ТТ-4 и экспериментальной установки, у которых гидравлическое оборудование имеет наибольший контакт с окружающей средой и вызывает сокращение времени работы шестеренного насоса в кавитационном режиме.
Зависимость вакуума на входе в насос от температуры рабочей жидкости для различных гидравлических систем и сортов масел приведены на рисунках 3 и 4.
Как видно из графиков максимальное значение вакуума при работе на масле АМГ-10 (рис. 3) для различных гидравлических систем, наблюдается примерно при одинаковой температуре -500С, а выход на допустимую величину давления на входе в насос при различных температурах. Так, для гидравлической системы трактора К-701 это соответствует диапазону температур -2-; -100С, для ТТ-4 0; 180С, а для экспериментальной установки -12; +20С.Аналогичная картина и при работе системы на масле АУ (рис. 4), только допустимое давление на входе в насос смещается в сторону положительных значений температур. Так, для трактора К-701 это соответствует - +8; +180С, для ТТ-4 - +28; +420С, а для экспериментальной установки - +14; +300С. Такое значительное различие по температуре, когда наступает момент всевозможной работы гидравлического насоса на допустимом давлении, объясняется различием вязкости рабочей жидкости и факторами конструктивного характера (исполнение и размещение узлов и агрегатов гидравлической системы на тракторе).
Рис. 3. Изменение вакуума на входе в насос от температуры рабочей жидкости АМГ-10
Рис. 4. Изменение вакуума на входе в насос от температуры рабочей жидкости АУ - ГОСТ 1642-50
На рисунке 5 представлена зависимость вакуума на входе в насос от температуры рабочей жидкости для экспериментальной установки.
Рис. 5. Изменение вакуума на входе в насос от температуры рабочей жидкости
Графики построены для частоты вращения равной 26 об/с и четырех сортов масел: АМГ-10, АУ, МГ-20 и зарубежного SAE5W-20. Анализируя экспериментальные данные, приведенные на рисунке 5, можно сказать, что из четырех сортов масел только масло АМГ-10 обеспечивает работу насоса при допустимом давлении на входе в насос при отрицательных температурах. Работа на других сортах масел возможна лишь только при положительных температурах рабочей жидкости.
Зависимости, приведенные на рисунках 3, 4 и 5, для экспериментальной установки характерны тем, что получены для гидравлических систем, в которых отсутствует дополнительные источники тепла (двигатель, радиатор и т.д.) и сравнение с результатами полученных для гидравлических систем тракторов К-701 и ТТ-4 наглядно показывают, что характер размещения узлов и агрегатов системы, конструктивное исполнение их влияет на изменение давления на входе в насос при различных температурах рабочей жидкости.
На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что уменьшение диапазона времени работы гидравлической системы при вакууме на входе в насос свыше 0,02;0,03 МПа без внесения конструктивных изменений в систему и без проведения предварительной тепловой подготовки практически невозможно.
Решение этой задачи возможно только путем принципиального изменения схемы - применение схемы использующей кинематическую энергию сливающего потока. В этом случае сливающий поток направляется не в корпус основного бака, а в циркуляционный бачок, который непосредственно связан со всасывающей магистралью. Основной бак выключен из схемы циркуляции и служит для компенсации расхода рабочей жидкости.
Рецензенты:
Сушков С.И., д.т.н., профессор кафедры технологии и машин лесозаготовок ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет», г. Ухта;
Павлов А.И., д.т.н., профессор кафедры лесных, деревообрабатывающих машин и материаловедения ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет», г. Ухта.