Надежность функционирования гидравлических и пневматических систем в машинах и аппаратах бытового назначения


        Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°»



Ж. А. Романович В. А. Высоцкий

НАДЕЖНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ В МАШИНАХ И АППАРАТАХ БЫТОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ


Учебник

Под общей редакцией доктора технических наук, профессора Ж. А. Романовича



Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности “Сервис”


        Москва, 2012

УДК 64.06 — 192.001.24(075)
ББК 38.93
    Р54




Рецензенты:
     Ф. А. Петрище — доктор технических наук, профессор;
     Л. А. Каплин — доктор технических наук, профессор.






           Романович Ж. А.
Р54        Надежность функционирования гидравлических и пнев-
       матических систем в машинах и аппаратах бытового назначения: Учебник / Ж. А. Романович, В. А. Высоцкий / Под общей ред. проф. Ж. А. Романовича. — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2012. — 272 с.

           ISBN 978-5-394-01732-2

           Современные предприятия сферы сервиса оснащены гидравлическими и пневматическими приводами, машинами и аппаратами бытового назначения, имеющими разветвленную сеть трубопроводов: насосами, фильтрами, устройствами, исполнительными механизмами, вентиляторами, емкостями для хранения различных жидкостей, моющих растворов и других типовых элементов.
           В учебнике дан анализ условий работы элементов гидросистем, приведены показатели надежности некоторых элементов, выбор и расчет надежности и прочности гидро- и пневмоаппаратуры элементов бытовых машин и приборов, пути повышения их надежности.
           Приведены принципиальные схемы функционирования систем гидроприводов машин швейного и обувного производства, бытовых стиральных и посудомоечных машин.
           Для студентов высших и средних специальных учебных заведений, обучающихся по специальности 23700 “Сервис”, а также для инженерно-технических работников, связанных с проектированием и эксплуатацией гидравлических и пневматических систем бытового назначения.



ISBN 978-5-394-01732-2

© Ж. А. Романович, В. А. Высоцкий, 2005

                Содержание





Предисловие....................................7

Раздел I. Гидравлические и пневматические машины и элементы систем сервиса

1. Основные понятия и определения..............9
2. Классификация объемных гидроприводов.......10
3. Рабочие жидкости...........................11
  3.1. Свойства рабочих жидкостей и требования, предъявляемые к ним........................11
  3.2. Выбор и эксплуатация рабочих жидкостей.12
4. Объемные гидравлические машины ............14
  4.1. Классификация объемных машин...........14
  4.2. Основные параметры объемных насосов и гидромоторов.............................16
4.3. Конструкции объемных насосов и гидромоторов ........................... 20
     4.3.1. Шестеренные насосы и гидромоторы..20
     4.3.2. Пластинчатые насосы и гидромоторы .... 23
     4.3.3. Радиальные роторно-поршневые насосы и гидромоторы.....................27
5. Гидроцилиндры..............................29
  5.1. Классификация, основные схемы и устройство силовых цилиндров.............29
  5.2. Поворотные гидроцилиндры...............33

3

6. Элементы гидропривода......................35
  6.1. Гидрораспределители....................35
  6.2. Клапаны................................43
  6.3. Гидравлические аккумуляторы............56
  6.4. Гидродроссели..........................58
  6.5. Фильтры................................61
7. Выбор и расчет основных агрегатов гидравлического привода........................65
  7.1. Расчет и выбор силовых гидроцилиндров..67
  7.2. Выбор материала для деталей силовых цилиндров....................................72
  7.3. Расчет и выбор уплотнений..............72
  7.4. Выбор объемных гидравлических   машин..75
  7.5. Выбор агрегатов управления, предохранения
     и вспомогательных элементов гидропривода... 77
  7.6. Расчет трубопроводов ................... 78
8. Гидравлические схемы машин обувного и швейного производств.........................80
  8.1. Гидропривод машин обувного производства ...80
     8.1.1 Гидропривод прессов для вырубания деталей обуви............................80
     8.1.2. Гидропривод машин для обтяжки и клеевой затяжки носочно-пучковой части заготовки обуви....................95
     8.1.3. Гидропривод машин для формования и клеевой затяжки пяточной части заготовки обуви .......................... 113
     8.1.4. Гидропривод машин для приклеивания подошв....................................124
  8.2. Гидропривод машин швейного производства ....138

4

Раздел II. Функционирование типовых элементов гидравлических систем
9. Общие требования к функционированию элементов машин и аппаратов бытового назначения.........145
  9.1. Характеристика эксплуатационной надежности типовых гидравлических элементов............147
  9.2. Расчет эксплуатационной надежности и прочности гидро- и пневмоарматуры элементов БМиП.............................150
  9.3. Конструкция элементов и гидросистем двухбаковых стиральных машин полуавтоматического типа...................156
10. Гидравлическая система стиральных машин зарубежного производства серии МАХХ-4.........165
  10.1. Общие характеристики ............... 165
  10.2. Элементы конструкции.................170
  10.3. Гидравлический расчет стиральных машин предприятий сферы сервиса ................ 172
  10.4. Гидравлический расчет трубопроводов..178
11. Технологические режимы обработки посуды в бытовых посудомоечных машинах..............183
  11.1. Классификация методов мойки столовой посуды в посудомоечных машинах..............183
  11.2. Исследование моющего действия струи посудомоечных машин.........................192
  11.3. Основные технические требования к комплектующим изделиям бытовых посудомоечных машин........................198
12. Механизмы прессов и автоматов............204
  12.1. Гидравлическое оборудование прессов..204

5

  12.2. Динамика гидравлического пресса.....224
  12.3. Динамика пневматического пресса.....238
13. Пресс-формы ............................242
14. Пневмогидравлические устройства обеспечения технологических операций по механизации работ на предприятиях сервиса...............244
15. Пути повышения надежности гидравлических систем......................................254
Приложение..................................263
Литература..................................270

6

                Предисёовие





    Функционирование гидравлических и пневматических систем, элементов и устройств развивается в нескольких основных направлениях: выяснения физической сущности отказов и неисправностей с установлением основных факторов, определяющих их возникновение, и разработки математического метода качественной оценки вероятности безотказной работы.
    Однако если математические методы количественной оценки работоспособности у нас в стране и за рубежом получили широкое развитие, то изучение физико-механических и химических процессов, определяющих возникновение отказов в машинах и аппаратах бытового назначения, отстает от требований, предъявляемых в связи с разработкой методов исследования работоспособности бурно развивающейся современной техники.
    Гидравлические и пневматические агрегаты современных машин и аппаратов бытового назначения имеют большое количество различных по конструкции и назначению золотниковых и сопряженных пар, которые применяются для автоматического регулирования производительности насосов и управления гидравлическими силовыми агрегатами. Поэтому для изучения физической сущности отказов и неисправностей гидравлических и пневматических агрегатов необходимо детально исследовать причины, приводящие к снижению работоспособности элементов и узлов прецизионных пар. Благодаря высокой точности, малым габаритным размерам и весу, возможности автоматизации производственных процессов гидравлических и пневмоприводов имеет широкое применение. Гидравлические пневматические устройства обеспечивают сравнительно легкую возможность бесступенчатого регулирования скоростей в широком диапазоне, охватываю

7

щем не только накладку, но и регулирование режима работы машин и аппаратов бытового назначения в процессе проведения технологической операции по результатам активного контроля или по заранее разработанной программе. Отметим, что ни одно техническое решение не может быть столь простым, экономичным и надежным, как применение гидравлических и пневматически устройств. Все это дает возможность утверждать, что прогресс техники в большинстве отраслей, выпускающих машины и аппараты бытового назначения, немыслим без широкого применения гидравлических и пневматических устройств в качестве приводных и исполнительных механизмов.
    В учебнике рассмотрены вопросы выбора и расчета основных агрегатов гидравлических и пневматических приводов машин и аппаратов бытового назначения, схемы стиральных машин, машин обувного и швейного производства, приведены некоторые справочные материалы по гидравлическому и пневматическому оборудованию и рабочим жидкостям. Изложен подход к определению физической сущности надежности гидравлических систем.
    Учебник состоит из двух разделов, в которых излагаются все вопросы, представляющие практический интерес как для работников проектных организаций, связанных с проектированием, эксплуатацией и автоматизацией производственных процессов, так и студентов высших и средних учебных заведений по специальности 23700 “Сервис”.

8

                Раздеё I. Гидравёические и ревматические машины и эёеме^ы систем сервиса





            1. Основные понятия и определения


    Гидропривод — это совокупность устройств, приводящих в движение механизмы и машины посредством давления рабочей жидкости.
    Если основой гидропривода является объемная гидропередача, в которой механическая энергия преобразуется в потенциальную энергию давления, передаваемую, в свою очередь, рабочей жидкостью одному или нескольким объемным гидродвигателям, то такой гидропривод называется объемным.
    В объемной гидропередаче, состоящей из объемного насоса и объемного гидродвигателя, преобразование энергии идет следующим образом: механическая энергия приводящего двигателя преобразуется в энергию рабочей жидкости, которая гидродвигателем преобразуется в энергию движения выходного звена.
    Объемный насос — это объемная гидромашина, предназначенная для преобразования энергии приводящего двигателя (входного звена) в энергию потока рабочей жидкости.
    Объемной гидромашиной называется гидромашина, в которой сообщение энергии рабочей жидкости осуществляется изменением замкнутого объема (рабочей камеры) при периодическом сообщении его со входом и выходом рабочей камеры.
    Объемные гидромашины по назначению подразделяются на:
    —  объемные насосы;
    —  объемные гидродвигатели.

9

    Объемные насосы подразделяются на:
    —   возвратно-поступательные;
    —   роторно-вращательные.
    Возвратно-поступательные — это насосы поршневые, плунжерные, роторно-поршневые и диафрагмовые.
    Роторно-вращательные — это насосы шестеренные, кулачковые, винтовые.
    Объемные гидродвигатели по характеру выходного звена имеют следующую классификацию:
    —   гидроцилиндры;
    —   поворотные гидроцилиндры;
    —   гидромоторы.
    В гидравлическом приводе машин легкой промышленности наибольшее применение получил объемный гидропривод.


            2.       Кёассификация объемах гидроприводов


    Объемный гидропривод классифицируют следующим образом.
    1. По характеру движения выходного звена:
    —   поступательный, гидродвигателем является гидроцилиндр;
    —       поворотный, гидродвигателем является поворотный гидроцилиндр;
    —   вращательный, гидродвигатель — гидромотор.
    2. По источнику подачи рабочей жидкости:
    —       насосный, рабочая жидкость (р. ж.) подается в гидродвигатели насосами, входящими в состав гидропривода;
    —       аккумуляторный, рабочая жидкость подается из гидроаккумуляторов, предварительно заполненных от источника, не входящего в состав гидропривода;
    —       магистральный, рабочая жидкость подается в гидродвигатель от магистрали, не входящей в состав гидропривода.
    3. По циркуляции рабочей жидкости:
    —       с замкнутой циркуляцией, рабочая жидкость не попадает в гидробак, а от гидродвигателя возвращается во всасывающую линию насоса;

10

    —       с разомкнутой циркуляцией, рабочая жидкость постоянно циркулирует через гидробак.
    4. По возможности регулирования:
    —      регулируемый, скорость выходного звена гидродвигателя возможно изменять в процессе эксплуатации;
    —       нерегулируемый, скорость выходного звена гидродвигателя менять во время эксплуатации нельзя.
    Регулируемый объемный гидропривод подразделяется на гидропривод с ручным и автоматическим регулированием скорости выходного звена гидродвигателя. Также регулирование должно быть:
    —       объемным — изменение скорости выходного звена гидродвигателя обеспечивается регулируемым насосом или гидромотором;
    —     дроссельным — с помощью регулирующих устройств;
    —     объемно-дроссельным — совокупно два первых способа.
    Регулирование скорости выходного гидродвигателя может осуществляться вручную и автоматически, соответственно, гидроприводы называются с ручным и автоматическим регулированием.
    5.     По типу приводящего двигателя гидроприводы подразделяют на электропривод, турбогидропривод и т. д., т. е. насос приводится в действие от электродвигателя, турбины и т. д.


            3.  Рабочие жидкости


        3.1. Свойства рабочих жидкостей и требова^я, предъявёяемые к ^м

    Рабочая жидкость в гидроприводе, кроме того, что она является энергоносителем, осуществляя связь между насосом и гидродвигателем, одновременно обеспечивает и надежную смазку его рабочих органов.
    Свойства рабочей жидкости и ее температура обуславливают работу гидравлического привода и износ подвижных контактирующих друг с другом деталей гидросистемы.


11

    Основными физическими свойствами являются удельный вес, плотность, сжимаемость, вязкость, так как они в первую очередь влияют на качество рабочей жидкости. Такое свойство, как растворимость газа в жидкости, которое тесно связано с пенообразованием, химическая и механическая стойкость, влияют на выбор и применение той или иной марки рабочей жидкости.
    Требования, предъявляемые к рабочим жидкостям, следующие:
    —  хорошие смазочные свойства;
    —  малое изменение вязкости от температуры;
    —  малое поглощение газов и влаги из воздуха;
    —  малая склонность к вспениванию;
    —      способность противостоять окислению, разложению и расслаиванию;
    —  нетоксичность;
    —  высокая температура вспышки;
    —      инертность по отношению к используемым в гидросистеме материалам.
    Необходимо отметить, что удельный вес, плотность и сжимаемость зависят от давления и температуры, но в диапазоне температур до 90 °С и давлений до 9,8 МПа они изменяются незначительно и в практических расчетах их изменением пренебрегают. Соблюдение же требований, описанных выше, способствует обеспечению надежной и долговечной работы гидропривода.

        3.2. Выбор и экспёуатация рабочих жидкостей

    Выбор рабочей жидкости зависит от конкретных условий работы гидропривода и требований обозначенных выше.
    В гидроприводах нашли применение следующие рабочие жидкости на нефтяной основе. В таблице приведены технические характеристики рабочих жидкостей, применяемых в промышленности. Конкретных рекомендаций в настоящее время в литературе не дается, но отмечается, что при повышенных давлениях рекомендуют применять рабочую жидкость повышенной вязкости, а при низких давлениях — пониженной.

12

Тех^ческие характеристики рабочих жидкостей

                   Кинематический                             Отно-           
                     коэффициент         Температура,   Ки-  шение к Диапазон 
        Плот-       вязкости, сСт             °С       слот-  мате-  рекомен- 
  Тип   ность,  (при температуре, °С)                   ное  риалам   дуемых  
 масла  кг/м3                            зас-          число и упло- темпера- 
                +50 +20    -20    -40    тыва-  вспы-  КОН,  тнениям  тур, °С 
                                         ния    шки1   мг/г  гидро-           
                                                             системы          
Инду-                                                                         
стри-           12   50   1800           -30   165     0,14   С2 3   -20 - +60
альное:                                                                       
И-12    876-891                 _                                             
И-20    881-901 20   75   _     _        -20   170     0,14     С    -5 - +90 
И-30    886-916 30  160   _     _        -15   180     0,20     С    +5 - +60 
И-45    890-920 45  229   _     _        -10   190     0,35     С    +5 - +60 
Вере-   886-896 13   40   1250  2 х 104  -45   163     0,07     С    -30 - +60
тенное                                                                        
АУ                                                                            
1ур-                                                                          
бинное:                                                                       
Т-22    901     22  100   _     _        -15   180     0,35     С     0 - +50 
Т-30    901     30  161   _     _        -10   180      0,2     С    +10 - +50
Гидрав-                                                                       
личе-                                                                         
ское:                                                                         
АМГ-10  850     10   16    130    451    -70     92    0,05    А3    -50 - +60
ВМГ-3   865     10   27    220    2300   -60   135     0,03     С    -50 - +50
Транс-  886      9   30    414    3880   -45   150     0,02     С    -35 - +53
форма-                                                                        
торное                                                                        

    Индустриальное масло И-12, например, применяется в гидроприводах с высоким быстродействием при использовании низкого давления, в следящих системах и др. Масло И-20 применяется в большинстве гидросистем станков, И-30 — в системах с регу

     ¹ Приведена температура вспышки в открытом тигле.

     ² Совместимо.

     ³ Агрессивно к некоторым видам уплотнителей.

13

лируемым насосом и при высоком давлении, И-45 — в тихоходных бывших в эксплуатации гидромашинах.
    В гидросистемах машин, работающих в пожароопасных условиях, применяют негорючие синтетические жидкости и эмульсии но первые, наряду с положительными характеристиками: химостойкостью, стабильностью вязкости в течение длительного срока и в широком диапазоне температур, обладают теми или иными недостатками: агрессивность к уплотнителям из синтетической и натуральной маслостойкой резины, плохая смазывающая способность, токсичность и т. д. Вторые обычно совместимы со всеми конструкционными материалами и уплотнителями, но не применяются при температуре, превышающей 60 °С.


            4. Объем^е гидравёические ма0ины


        4.1. Кёассификация объемах маши^

    Основными силовыми элементами гидравлических передач являются насосы и гидродвигатели. От правильного выбора их во многом зависит работа и экономичность гидросистемы. Объемными называются насосы, в которых перемещение жидкости осуществляется путем изменения объема при периодическом сообщении с входом и выходом насоса. В объемных насосах энергия жидкости сообщается за счет изменения объема рабочей камеры при движении рабочего тела — вытеснителя. В качестве вытеснителей могут быть использованы геометрические тела различной формы — ротор с подвижными пластинами, шестерни, винтообразные тела и т. д.
    Объемным гидродвигателем называется гидравлическая машина, в которой преобразование энергии жидкости в механическую энергию его выходного звена (вал или шток цилиндра) осуществляется в результате воздействия на рабочие органы жидкостью, заполняющей рабочую камеру.
    На рис. 4.1 и 4.2 приводятся схемы классификаций объемных насосов и объемных гидродвигателей.

14