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

Èçäàòåëüñêî-òîðãîâàÿ êîðïîðàöèÿ «Äàøêîâ è Ê°»

Ìîñêâà, 2012

ÍÀÄÅÆÍÎÑÒÜ
ÔÓÍÊÖÈÎÍÈÐÎÂÀÍÈß
ÃÈÄÐÀÂËÈ×ÅÑÊÈÕ
È ÏÍÅÂÌÀÒÈ×ÅÑÊÈÕ ÑÈÑÒÅÌ
 ÌÀØÈÍÀÕ È ÀÏÏÀÐÀÒÀÕ
ÁÛÒÎÂÎÃÎ ÍÀÇÍÀ×ÅÍÈß

Äîïóùåíî
Ìèíèñòåðñòâîì îáðàçîâàíèÿ
Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè â êà÷åñòâå ó÷åáíèêà
äëÿ ñòóäåíòîâ âûñøèõ ó÷åáíûõ çàâåäåíèé,
îáó÷àþùèõñÿ ïî ñïåöèàëüíîñòè “Ñåðâèñ”

Ó÷åáíèê

Ïîä îáùåé ðåäàêöèåé
äîêòîðà òåõíè÷åñêèõ íàóê, ïðîôåññîðà
Æ. À. Ðîìàíîâè÷à

Æ. À. Ðîìàíîâè÷
Â. À. Âûñîöêèé

ISBN 978-5-394-01732-2
  Ж. А. Романович, В. А. Высоцкий, 2005

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.
Надежность функционирования гидравлических и пневматических 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.

Р54

Ñîäåðæàíèå

Ïðåäèñëîâèå ................................................................. 7

Ðàçäåë I. Ãèäðàâëè÷åñêèå è ïíåâìàòè÷åñêèå
ìàøèíû è ýëåìåíòû ñèñòåì ñåðâèñà

1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ è îïðåäåëåíèÿ............................. 9

2. Êëàññèôèêàöèÿ îáúåìíûõ ãèäðîïðèâîäîâ..............10

3. Ðàáî÷èå æèäêîñòè .................................................... 11
3.1. Ñâîéñòâà ðàáî÷èõ æèäêîñòåé è òðåáîâàíèÿ,
ïðåäúÿâëÿåìûå ê íèì ......................................... 11
3.2. Âûáîð è ýêñïëóàòàöèÿ ðàáî÷èõ æèäêîñòåé ......12

4. Îáúåìíûå ãèäðàâëè÷åñêèå ìàøèíû ........................14
4.1. Êëàññèôèêàöèÿ îáúåìíûõ ìàøèí......................14
4.2. Îñíîâíûå ïàðàìåòðû îáúåìíûõ íàñîñîâ
è ãèäðîìîòîðîâ ..................................................16
4.3. Êîíñòðóêöèè îáúåìíûõ íàñîñîâ
è ãèäðîìîòîðîâ ................................................. 20
4.3.1. Øåñòåðåííûå íàñîñû è ãèäðîìîòîðû ..... 20
4.3.2. Ïëàñòèí÷àòûå íàñîñû è ãèäðîìîòîðû .... 23
4.3.3. Ðàäèàëüíûå ðîòîðíî-ïîðøíåâûå
íàñîñû è ãèäðîìîòîðû ............................. 27

5. Ãèäðîöèëèíäðû ....................................................... 29
5.1. Êëàññèôèêàöèÿ, îñíîâíûå ñõåìû
è óñòðîéñòâî ñèëîâûõ öèëèíäðîâ ..................... 29
5.2. Ïîâîðîòíûå ãèäðîöèëèíäðû ............................ 33

6. Ýëåìåíòû ãèäðîïðèâîäà ......................................... 35
6.1. Ãèäðîðàñïðåäåëèòåëè........................................ 35
6.2. Êëàïàíû............................................................. 43
6.3. Ãèäðàâëè÷åñêèå àêêóìóëÿòîðû ......................... 56
6.4. Ãèäðîäðîññåëè .................................................. 58
6.5. Ôèëüòðû .............................................................61

7. Âûáîð è ðàñ÷åò îñíîâíûõ àãðåãàòîâ
ãèäðàâëè÷åñêîãî ïðèâîäà ..................................... 65
7.1. Ðàñ÷åò è âûáîð ñèëîâûõ ãèäðîöèëèíäðîâ ........ 67
7.2. Âûáîð ìàòåðèàëà äëÿ äåòàëåé ñèëîâûõ
öèëèíäðîâ .......................................................... 72
7.3. Ðàñ÷åò è âûáîð óïëîòíåíèé .............................. 72
7.4. Âûáîð îáúåìíûõ ãèäðàâëè÷åñêèõ ìàøèí ........ 75
7.5. Âûáîð àãðåãàòîâ óïðàâëåíèÿ, ïðåäîõðàíåíèÿ
è âñïîìîãàòåëüíûõ ýëåìåíòîâ ãèäðîïðèâîäà ... 77
7.6. Ðàñ÷åò òðóáîïðîâîäîâ ...................................... 78

8. Ãèäðàâëè÷åñêèå ñõåìû ìàøèí îáóâíîãî
è øâåéíîãî ïðîèçâîäñòâ ....................................... 80
8.1. Ãèäðîïðèâîä ìàøèí îáóâíîãî ïðîèçâîäñòâà ... 80
8.1.1 Ãèäðîïðèâîä ïðåññîâ äëÿ âûðóáàíèÿ
äåòàëåé îáóâè ........................................... 80
8.1.2. Ãèäðîïðèâîä ìàøèí äëÿ îáòÿæêè
è êëååâîé çàòÿæêè íîñî÷íî-ïó÷êîâîé
÷àñòè çàãîòîâêè îáóâè................................ 95
8.1.3. Ãèäðîïðèâîä ìàøèí äëÿ ôîðìîâàíèÿ
è êëååâîé çàòÿæêè ïÿòî÷íîé ÷àñòè
çàãîòîâêè îáóâè ....................................... 113
8.1.4. Ãèäðîïðèâîä ìàøèí äëÿ ïðèêëåèâàíèÿ
ïîäîøâ .....................................................124
8.2. Ãèäðîïðèâîä ìàøèí øâåéíîãî ïðîèçâîäñòâà ....138

Ðàçäåë II. Ôóíêöèîíèðîâàíèå òèïîâûõ ýëåìåíòîâ
ãèäðàâëè÷åñêèõ ñèñòåì
9. Îáùèå òðåáîâàíèÿ ê ôóíêöèîíèðîâàíèþ ýëåìåíòîâ
ìàøèí è àïïàðàòîâ áûòîâîãî íàçíà÷åíèÿ ...........145
9.1. Õàðàêòåðèñòèêà ýêñïëóàòàöèîííîé íàäåæíîñòè
òèïîâûõ ãèäðàâëè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ................. 147
9.2. Ðàñ÷åò ýêñïëóàòàöèîííîé íàäåæíîñòè
è ïðî÷íîñòè ãèäðî- è ïíåâìîàðìàòóðû
ýëåìåíòîâ ÁÌèÏ ...............................................150
9.3. Êîíñòðóêöèÿ ýëåìåíòîâ è ãèäðîñèñòåì
äâóõáàêîâûõ ñòèðàëüíûõ ìàøèí
ïîëóàâòîìàòè÷åñêîãî òèïà ................................156

10. Ãèäðàâëè÷åñêàÿ ñèñòåìà ñòèðàëüíûõ ìàøèí
çàðóáåæíîãî ïðîèçâîäñòâà ñåðèè ÌÀÕÕ-4 .........165
10.1. Îáùèå õàðàêòåðèñòèêè ...................................165
10.2. Ýëåìåíòû êîíñòðóêöèè ................................... 170
10.3. Ãèäðàâëè÷åñêèé ðàñ÷åò ñòèðàëüíûõ ìàøèí
ïðåäïðèÿòèé ñôåðû ñåðâèñà ............................ 172
10.4. Ãèäðàâëè÷åñêèé ðàñ÷åò òðóáîïðîâîäîâ ......... 178

11. Òåõíîëîãè÷åñêèå ðåæèìû îáðàáîòêè ïîñóäû
â áûòîâûõ ïîñóäîìîå÷íûõ ìàøèíàõ ...................183
11.1. Êëàññèôèêàöèÿ ìåòîäîâ ìîéêè ñòîëîâîé
ïîñóäû â ïîñóäîìîå÷íûõ ìàøèíàõ ..................183
11.2. Èññëåäîâàíèå ìîþùåãî äåéñòâèÿ ñòðóè
ïîñóäîìîå÷íûõ ìàøèí .....................................192
11.3. Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå òðåáîâàíèÿ
ê êîìïëåêòóþùèì èçäåëèÿì áûòîâûõ
ïîñóäîìîå÷íûõ ìàøèí .....................................198

12. Ìåõàíèçìû ïðåññîâ è àâòîìàòîâ......................... 204
12.1. Ãèäðàâëè÷åñêîå îáîðóäîâàíèå ïðåññîâ......... 204

12.2. Äèíàìèêà ãèäðàâëè÷åñêîãî ïðåññà ............... 224
12.3. Äèíàìèêà ïíåâìàòè÷åñêîãî ïðåññà ............... 238

13. Ïðåññ-ôîðìû ....................................................... 242

14. Ïíåâìîãèäðàâëè÷åñêèå óñòðîéñòâà îáåñïå÷åíèÿ
òåõíîëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé ïî ìåõàíèçàöèè
ðàáîò íà ïðåäïðèÿòèÿõ ñåðâèñà ......................... 244

15. Ïóòè ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè ãèäðàâëè÷åñêèõ
ñèñòåì .................................................................. 254

Ïðèëîæåíèå .............................................................. 263
Ëèòåðàòóðà ............................................................. 270

Ïðåäèñëîâèå

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

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”.

Ðàçäåë I. Ãèäðàâëè÷åñêèå
è ïíåâìàòè÷åñêèå ìàøèíû è ýëåìåíòû

ñèñòåì ñåðâèñà

1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ è îïðåäåëåíèÿ

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.

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. Êëàññèôèêàöèÿ
îáúåìíûõ ãèäðîïðèâîäîâ

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;

— 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. Ðàáî÷èå æèäêîñòè

3.1. Ñâîéñòâà ðàáî÷èõ æèäêîñòåé è òðåáîâàíèÿ,
ïðåäúÿâëÿåìûå ê íèì

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.

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. Âûáîð è ýêñïëóàòàöèÿ ðàáî÷èõ æèäêîñòåé

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.

Кинематический 
коэффициент 
вязкости, сСт 
(при  температуре, °С) 

Температура, 
°С 

Тип 
масла 

Плотность, 
кг/м3 
+50 +20 
–20 
–40 

застывания 
вспышки1 

Кислотное 
число 
КОН, 
мг/г 

Отношение к 
материалам 
и уплотнениям 
гидросистемы 

Диапазон 
рекомендуемых 
температур, °С 

Индустриальное: 
И-12 

 
 
 
876–891 

 
 
12 

 
 
50 

 
 
1800 

 
 
— 

 
 
–30 

 
 
165 

 
 
0,14 

 
 
С2 

 
 
–20 ÷ +60 

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 

Веретенное 
АУ 

886–896 13 
40 
1250 2 × 104 –45 
163 
0,07 
С 
–30 ÷ +60 

Турбинное:  
Т-22 
Т-30 

 
 
901 
901 

 
 
22 
30 

 
 
100 
161 

 
 
— 
— 

 
 
— 
— 

 
 
–15 
–10 

 
 
180 
180 

 
 
0,35 
0,2 

 
 
С 
С 

 
 
0 ÷ +50 
+10 ÷ +50 

Гидравлическое: 
АМГ-10 
ВМГ-3 

 
 
 
850 
865 

 
 
 
10 
10 

 
 
 
16 
27 

 
 
 
130 
220 

 
 
 
451 
2300 

 
 
 
–70 
–60 

 
 
 
92 
135 

 
 
 
0,05 
0,03 

 
 
 
А3 
С 

 
 
 
–50 ÷ +60 
–50 ÷ +50 

Трансформаторное 

886 
9 
30 
414 
3880 
–45 
150 
0,02 
С 
–35 ÷ +53 

Òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ðàáî÷èõ æèäêîñòåé

1 Приведена температура вспышки в открытом тигле.
2 Совместимо.
3 Агрессивно к некоторым видам уплотнителей.

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

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. Îáúåìíûå ãèäðàâëè÷åñêèå ìàøèíû
4.1. Êëàññèôèêàöèÿ îáúåìíûõ ìàøèí

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.