Каталог
Каталог

Трубопроводы гидравлических систем

Передача рабочей жидкости в гидравлической системе осуществ­ляется по гидролиниям, называемым трубопроводами. С их помощью соединяются между собой все устройства, входящие в состав гидравли­ческой системы. По функциональному назначению трубопроводы раз­деляются на всасывающие, напорные (нагнетательные), сливные и дре­нажные. Всасывающими трубопроводами являются те, которые связы­вают гидравлический бак и всасывающую полость насоса. Напорные трубопроводы обеспечивают передачу жидкости от насоса к гидравли­ческим потребителям энергии (гидравлическим двигателям) и работа­ют под воздействием рабочих давлений в гидросистеме. Сливные тру­бопроводы обеспечивают отвод (слив) жидкости от гидравлических устройств в бак. Дренажные трубопроводы предназначены для отвода в бак возможных утечек жидкости. По типу материала, из которого из­готовлены трубопроводы, их разделяют на жесткие и гибкие трубо­проводы. Жесткий трубопровод изготовлен из металлических труб (стальных или из медных и алюминиевых сплавов) и, как правило, не подлежит разборке. Гибким трубопроводом являются трубы, изготов­ленные из резины, прорезиненных тканей или синтетических материа­лов (например, полихлорвинила). Часто элементы таких трубопрово­дов называют шлангами или рукавами. С их помощью удобно соеди­нять гидравлические устройства, производить разборку и сборку при техническом обслуживании, а также подводить рабочую среду к пере­мещающимся гидравлическим устройствам. Для увеличения прочнос­ти шланги могут быть армированными, т.е. содержать металлическую сетку (оплетку) как снаружи, так и внутри материала шланга.

Для нормальной работы гидравлического привода очень важен правильный выбор и монтаж трубопровода. Выбор трубопровода проводится в зависимости от величины потока жидкости, проходяще­го по трубопроводу, и скорости течения жидкости. Так, принято, что скорость движения жидкости vж в напорном трубопроводе должна быть в пределах 4,5-5 м/с, в сливных - 1-1,5 м/с, во всасывающем трубопроводе и того меньше - 0,5-1 м/с. Ведь чем меньше скорость те­чения жидкости в трубе, тем меньше и потери энергии на преодоление сопротивлений, возникающих при ее движении. Это особенно важно для всасывающего трубопровода с целью обеспечения надежной рабо­ты насоса.

Исходя из принятых скоростей течения жидкости и максимальной подачи насоса Qн, легко определяется площадь поперечного сечения Sтр трубопровода и его диаметр dтр из следующего выражения: Qн = Sтрvж = πd2тр/4. Отсюда легко получается формула для нахождения внутреннего диаметра трубопровода dтр в мм: dтр = 4,6 (Qн/vж) ,5 , где подача насоса Qн берется в л/мин, а скорость течения жидкости v ж- в м/с.

Полученный расчетный диаметр трубопровода округляется до ближайшего большего диаметра выбираемой стандартной трубы. Анализируя последнее выражение, нетрудно заметить, что диаметр всасывающего трубопровода будет больше, чем размеры напорного или сливного трубопроводов.

Если при создании гидравлической системы используется нестан­дартный трубопровод, то в таком случае необходимо произвести про­верочный расчет на прочность такой нестандартной трубы. Он ведется по формуле, полученной из условия разрыва трубы под действием дав­ления жидкости P (рис.2.48): σн = 0,5Pdтрl/(δf). В этом выражении при­нято: σ н- предел прочности материала трубы, δ - толщина стенки тру­бы, l-длина участка трубы, которая из дальнейших расчетов сокраща­ется. Зная материал трубы и его предел прочности, можно рассчитать толщину стенки по формуле: δ = 0,5P dтр/σн.

Схема к расчету толщины стенки трубопровода

Рис.2.48. Схема к расчету толщины стенки трубопровода

Для подсоединения трубопроводов к гидравлическим аппаратам, насосам и двигателям используются специальные детали (штуцеры, ниппели, накидные гайки, тройники, угольники, пробки и т.п.), назы­ваемые гидравлической арматурой. Последняя бывает резьбового и фланцевого исполнения. На рис.2.49 представлены способы монтажа трубопроводов с помощью резьбовой арматуры. В стенке любого гид­равлического устройства выполняется резьбовое отверстие, в которое вворачивается штуцер 1. К нему с помощью ниппеля 3 и накидной гай­ки 2 подсоединяется трубопровод 4. На штуцере 1 может быть выпол­нен наружный конус (рис.2.49а). В этом случае труба развальцовывает­ся под ниппель 3 и притягивается к конической поверхности штуцера гайкой 2. Тем самым обеспечивается герметизация стыка трубы и шту­цера, и она тем лучше, чем больше сила затяжки. Для штуцера с внут­ренним конусом (рис.2.49б) ниппель 3 выполняется с шаровой голов­кой, а труба 4 к ниппелю приваривается. Стык штуцера и шаровой го­ловки ниппеля осуществляется путем затяжки накидной гайки 2. Однако сила затяжки при шаровом арматурном подсоединении меньше, чем при стыке по наружному конусу. Кроме того, монтаж трубопровода с помощью резьбовой арматуры с наружным конусом пригоден лишь для тонкостенных металлических труб и для шлангов. При частой разбор­ке-сборке гидравлической системы может нарушиться герметизация стыка штуцер-труба. Способ монтажа с помощью шаровой арматуры применяется для толстостенных трубопроводов и позволяет частую разборку-сборку без потери герметизации стыка между внутренним конусом штуцера и шаровой головкой ниппеля. Кроме того, соедине­ния с шаровой поверхностью ниппеля допускают при монтаже трубоп­роводов некоторый перекос и менее чувствительны к неточностям, чем соединения по наружному конусу [8]. Для трубопроводов с внутренним диаметром до 16 мм обычно применяют шаровые ниппели с полусферой (рис.2.49б), а для больших диаметров – шаровые ниппели с полной сфе­рой (рис.2.49в). В этом случае ниппель 3 поджимается к внутреннему ко­нусу штуцера 1 накидной гайкой 2 через уплотнительное кольцо 5.

Типы резьбового арматурного соединения

Рис.2.49. Типы резьбового арматурного соединения: а - с развальцовкой трубы под наружный конус штуцера; б - с шаровым ниппелем в виде полусферы под внутренний конус штуцера; в - с шаровым ниппелем в виде полной сферы

Фланцевое соединение трубопроводов (рис.2.50) проще в изготов­лении, однако применяется для толстостенных металлических труб, поскольку фланец 1 и труба 3 свариваются между собой. В стык соеди­нения корпуса гидравлического устройства и фланца для улучшения его герметизации устанавливается резиновое кольцо или прокладка 2. Затяжка стыка осуществляется с помощью винтов (болтов) 4.

Фланцевое соединение трубопроводов

Рис.2.50. Фланцевое соединение трубопроводов

При использовании шлангов в качестве трубопроводов гидросис­тем очень важным является заделка шланга в арматуру. Большое расп­ространение получил способы заделки конца шланга при помощи за­жимной муфты 6 (рис.2.51) для разборных и неразборных соединений по ОСТ 2 Г91-41-80, при котором выдерживается давление жидкости до 32 МПа. На внутренней конической поверхности муфты 6 (рис.2.51а) для разборного соединения выполнена левая однозаходная резьба, а в отверстии левого торца – метрическая резьба под ниппель 5. Его нако­нечник имеет коническую форму с цилиндрической резьбовой частью. Сборку соединения осуществляют следующим образом. Сначала на конце шланга срезается его верхний слой до металлической оплетки на длине, соответствующей муфте 6. Шланг 7 вворачивают внутрь муф­ты 6, затем в нее заворачивается ниппель 5 с предварительно надетой на него накидной гайкой 4 и стопорным разрезным кольцом 4. По мере заворачивания ниппеля 5 он своей конусной частью вдавливает шланг в коническую резьбу муфты 6 и обеспечивает надежное уплотнение соеди­нения. Если давление рабочей среды невелико (до 1 МПа), то можно обойтись без муфты 6. Тогда шланг 7 заворачивается на ниппель 5 и об­жимается хомутиком. Собранное соединение шланга с ниппелем 5, име­ющим шаровую головку, притягивается накидной гайкой 3 к штуцеру 1. Уплотнительное кольцо 2 устанавливается тогда, когда в соединении используется штуцер с метрической (а не конической) резьбой для уста­новки в гидравлическое устройство.

Заделка шлангов

Рис.2.51. Заделка шлангов: а – разборное соединение; б – неразборное соединение

Неразборное соединение шлангов (рис.2.51б) отличается от разбор­ного тем, что наконечник ниппеля 5 изготавливается цилиндрическим ступенчатым с пятью канавками, из которых три последних одинаковы. Муфта 6 имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность. Шланг 7 с предварительно срезанным верхним слоем вставляется внутрь муфты 6 и вместе с нею надевается на наконечник ниппеля 5. Затем муфта 6обжи­мается, вследствие чего достигается надежное уплотнение и неразбираемость соединения.

Немаловажным для надежной работы гидросистемы с трубопрово­дами в виде шлангов является их правильный монтаж. На рис.2.52 пока­заны примеры правильного и неправильного монтажа шлангов, из ко­торых нетрудно видеть, что нельзя перекручивать шланги и изгибать их с малым радиусом. Обычно рекомендуется изгибать шланги с радиусом не менее 12–15 внутренних диаметров шланга, причем большие значе­ния радиуса следует применять для шлангов с малым диметром [6].

В гидравлических системах широко применяются и разъемные со­единения трубопроводов, особенно в тех случаях, когда необходимо часто менять гидравлическое оборудование, например, на испытатель­ных стендах. Для этих целей используют самозапирающиеся и быстроразъемные соединения трубопроводов. На рис.2.53 показаны примеры таких соединений. Разъемный клапан (рис.2.53а) обеспечива­ет запирание обоих трубопроводов и предотвращает вытекание из них рабочей жидкости [8]. Разборка соединения осуществляется путем от­ворачивания накидной гайки 6. При этом соединение распадается на две части А и Б. В части А под действием пружины 2 конусообразный затвор 3 прижимается к коническому седлу штуцера 1 и перекрывает вытекание жидкости из левого трубопровода, подсоединяемого к шту­церу 1 (на рис.2.53 трубопроводы не показаны). В части Б под действи­ем пружины 7 выдвигается втулка 5 и поджимается к конической по­верхности затвора 4 и тем самым перекрывает вытекание жидкости из правого трубопровода, подсоединяемого к штуцеру 8. При сборке это­го соединения путем наворачивания гайки 6 на штуцер 1 последний от­жимает втулку 5 от затвора 4, а затвор 4 отжимает затвор 3 от коничес­кого седла штуцера 1. Тем самым открывается проход жидкости из од­ного трубопровода в другой.

Рекомендации по монтажу шлангов

Рис.2.52. Рекомендации по монтажу шлангов

В разъемном клапане, показанном на рис.2.53б, затворами явля­ются шарики 2 и 5, поджимаемыми соответственно пружинами 7 и 6. В собранном состоянии (левая часть рис.) шарики упираются друг в другой отжимаются от седел штуцеров 1 и 4, а рабочая жидкость проходит через клапан из одного трубопровода в другой. При сворачивании на­кидной гайки 3 со штуцера 4 шарики прижимаются к седлам своих штуцеров и перекрывают проход жидкости (правая часть рис.)

Быстроразъемное соединение, разработанное в Ковровском СКБ ПА (рис.2.53в), работает аналогичным образом. При смещении втул­ки 4 вправо, отжав пружину 5, освобождается цанга 6 и расчленяется соединение на две части. При этом пружины 2 и 9 прижимают коничес­кие затворы 3 и 8 к внутренним конусным седлам штуцеров 1 и 7 и пе­рекрывают вытекание жидкости из трубопроводов. Разъединение и со­единение происходит быстро, поскольку не надо длительно отворачи­вать гайку 6, как это сделано в разъемном клапане, а достаточно рукой сдвинуть обжимную втулку 4. Такое соединение надежно работает при давлениях до 25 МПа.

При выборе типа трубопроводов необходимо учитывать факти­ческие условия работы гидравлической системы и наличие наряду со статическими и динамических нагрузок, которые могут вызвать уста­лостные разрушения элементов трубопроводов. Причиной таких раз­рушений могут быть вибрации трубопроводов, вызванные колебания­ми давления. Вследствие этого шланги обычно выбирают с пятикрат­ным запасом прочности, а для ответственных приводов – даже с вось­микратным.

Самозапирающиеся соединения трубопроводов

Рис.2.53. Самозапирающиеся соединения трубопроводов: а - разъемный клапан с коническим затвором; б - разъемный клапан с шариковым затвором; в - быстроразъемное соединение с цанговым фиксатором

Поскольку при возможном разрушении трубопроводов могут возникнуть опасные последствия, при проектировании и монтаже гидрав­лических трубопроводов необходимо соблюдать ряд важных требова­ний. Среди них следующие:

– при проектировании и сборке гидравлической системы необхо­димо трубопроводы прокладывать с минимальным числом изгибов, благодаря чему будут снижаться потери энергии на преодоление мест­ных сопротивлений;

– нельзя допускать изгибы трубопроводов с малыми радиусами и чрезмерные искажения круглого поперечного сечения трубы как на из­гибах, так и на прямолинейных участках трубопровода, т.к. они приво­дят к увеличению внутренних напряжений материала трубы и в усло­виях пульсирующего давления к преждевременным усталостным раз­рушениям трубопровода;

– при сборке гидравлического трубопровода не допускать возник­новения так называемых «монтажных» напряжений при чрезмерных зажимных усилиях и неправильного выбора расстояния между места­ми крепления трубы. Последнее может привести к резонансным вибра­циям самой трубы и ее преждевременному разрушению;

– трубопроводы должны быть проложены таким образом, чтобы дать возможность легкого к ним доступа и осмотра;

– соединения трубопроводов должны обеспечивать требуемую герметичность в рабочем диапазоне давлений и температур даже при повторном монтаже после разборки для замены гидравлических уст­ройств или ремонта;

– при изготовлении гибких трубопроводов должна быть обеспече­на надежная заделка шлангов в арматуру;

– при монтаже шлангов обеспечивать их установку без скручива­ния и с допустимыми радиусами изгибов, предохранение от внешних повреждений, а также возможность изготовления дополнительных опор крепления вибрирующих гибких трубопроводов;

– не прокладывать трубопроводы, по которым будет течь пожаро­опасная рабочая жидкость, вблизи электропроводов, особенно выше их.

При проектировании трубопроводов их прочность необходимо назначать с учетом различного рода эксплуатационных нагрузок, вы­зываемых как статическими, так и динамическими процессами, проис­ходящими в гидравлической системе при ее работе. В некоторых случа­ях вредное влияние пульсации давления можно уменьшить применени­ем демпфирующих устройств. На усталостную прочность материала трубопроводов влияют различного рода риски на его поверхности и шероховатости, которые приводят к увеличению местных напряже­ний. При сборке гидравлических систем следует обращать внимание и на такие небезобидные «мелочи».

Комментарии
Александр
Добрый день! Статья краткая и по делу. Но: 1) Не до конца раскрыто содержание формул. 2) Ниппель полусферический ГОСТ 16042 и ниппель сферический по ГОСТ 16043 применяются вплоть до ф38 мм наружного диаметра труб, тогда вопрос: если допустим имеем трубу ф25 мм, то в каком случае применять тот или иной тип ниппеля? От чего это зависит? По конструкции получается, что соединение со сферическим ниппелем - невыгодно применять, так как для этого соединения необходимо иметь дополнительную деталь - кольцо упорное. С уважением, Александр
Предзаказ
Предзаказ успешно отправлен!
Имя *
Телефон *
Обратный звонок
Запрос успешно отправлен!
Имя *
Телефон *
Заказ в один клик

Настоящим подтверждаю, что я ознакомлен и согласен с условиями оферты и политики конфиденциальности.

С помощью уведомлений о заказе можно не только получать актуальную информацию по заказу, но и иметь быстрый канал связи с магазином