Научная статья на тему 'Аварийное устройство экологической защиты системы гидропривода лесозаготовительных машин'

Аварийное устройство экологической защиты системы гидропривода лесозаготовительных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
77
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Коновалов М. Н., Дроздовский Г. П., Андронов И. Н.

The device of emergency ecological protection of system of a hydrodrive of wood machines.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Коновалов М. Н., Дроздовский Г. П., Андронов И. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Аварийное устройство экологической защиты системы гидропривода лесозаготовительных машин»

АВАРИЙНОЕ УСТРОЙСТВО ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ СИСТЕМЫ ГИДРОПРИВОДА ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Коновалов М. Н., Дроздовский Г.П., Андронов И.Н. (УГТУ, г. Ухта, РФ)

The device of emergency ecological protection of system of a hydrodrive of wood machines.

Известно, что сложные климатические работы, динамическое воздействие со стороны предмета труда - приводят к недостаточной надежности лесопромышленного оборудования. Как показывает анализ эксплуатационной надежности отечественных лесозаготовительных машин [1], гидросистема имеет значительный процент отказов (30%-54% от всех отказов по машине); на механические повреждения гидропривода приходится 36%-45% от общего числа, а нарушение функционирования резино-технических изделий (РВД, уплотнения) составляет 48%-50%. Гидрошланги и трубопроводы, подвержены интенсивным процессам старения и усталостного разрушения (разрывы от 29,7% до 44,4%; расслоение; разрушение рабочих оболочек), особенно в условиях знакопеременного динамического нагружения при отрицательных температурах, что определяет их низкую надежность и наибольший процент отказов по гидросистеме (внешняя негерметичность - 42%, причем из них 44% - отказы уплотнений, а 56% разрывы трубопроводов и рукавов высокого давления (РВД)). Следствием разгерметизации гидропривода является экологически вредный выброс гидрожидкости в окружающую среду (до 500 л), что приводит к экологическому загрязнению, простоям технологического оборудования и дополнительным затратам на горюче-смазочные материалы (ГСМ).

Существующие предохранительные устройства имеют множество недостатков. Одни по принципу действия зависят от вязкости гидрожидкости и часто дают ложные срабатывания при ее повышении, особенно в условиях низких температур. Другим предохранительным устройствам требуются значительные дополнительные электромеханические связи, что существенно усложняет и удорожает структуру гидропривода. Еще одним недостатком является то, что участки гидросистемы (напорные, магистральные, сливные ) имеют различные рабочие параметры, особенности нагружения и время циклической эксплуатации. Например для гидропривода ходовой части или нереверсивного гидропривода, неконтролируемость сливных линий может быть значительной по времени, в отличии от агрегатов с ограниченным сливом. Все это затрудняет адекватный выбор предохранительных устройств для соответствующей гидросистемы.

Устранение некоторых из этих недостатков возможно за счет применения аварийного устройства экологической защиты на базе материалов с эффектом памяти формы (ЭПФ). Принципиальная схема данного устройства показана на рис.1.

Принцип работы заключается в следующем: рабочий элемент из сплава с ЭПФ (втулка) 3 находится в состоянии теплового баланса, т. е. материал с ЭПФ

не должен достигать температуры начала обратного мартенситного перехода за счет температуры проходящей через него рабочей жидкости (жидкость служит как охладитель). В процессе работы масло, поступающее через сливную линию 11 проходит по винтовому контуру втулки 4, охлаждая элемент с ЭПФ, тем самым предотвращая его воздействие на клапан 1 (сказывается условие теплового баланса). Таким образом клапан 1 открыт и гидрожидкость от насоса через напорную полость поступает к распределителю, образуя замкнутую систему гидропривода. В случае разгерметизации тубопровода, поток через сливную магистраль прекращается, втулка с ЭПФ нагревается (от нагревательного элемента 5), создавая давление на клапан 1(создается усилие и удлинение от нагрева ). Тем самым происходит закрытие клапана 1 и открытие клапана 2, предотвращая доступ гидрожидкости к элементам гидросистемы. Данное устройство позволяет контролировать герметичность напорных и сливных гидролиний в процессе эксплуатации, с эффективным отводом масла (в случае выброса) через открытый клапан 2 в бак. Для предотвращения ложного срабатывания нагревательный элемент включается и выключается автоматически с включением потребителя через распределитель. В летнее время для устойчивого теплового баланса в аварийном устройстве, рекомендуется применять материал с ЭПФ с более высокой температурой начала обратного мартенситного перехода или на сливной линии до входа в аварийное устройство устанавливать охладитель (радиатор или змеевик).

Таким образом данное аварийное устройство экологической защиты системы гидропривода лесозаготовительных машин на базе материалов с ЭПФ, позволит повысить экологичность и надежность технологического оборудования в случае аварийного разрыва гидролиний.

Рисунок 1 - Схема аварийного устройства:

1,2 - рабочий клапан, 3-втулка из материала с ЭПФ, 4 - втулка охлаждения, 5 - нагревательный элемент, 6 - медная втулка, 7 - пружина противодействия, 8 - предохранительный клапан, 9 - напорная линия от насоса, 10 - напорная линия к распределитею, 11 - сливная линия.

В качестве увеличения теплоотдачи применяем в зоне теплообмена завих-рители в виде спирального прохода. Использование завихрителей в системе наиболее благоприятно. Увеличивается КПД, улучшается теплоотдача - повышается скорость остывания металла с эффектом памяти формы (образуется турбулентный режим).

При турбулентном режиме для определения коэффициента теплоотдачи рекомендуется уравнение согласно источнику [2]

ЫиЖ = 0,021- Я™ - Рж°;43'

Гр л

гж

0,25

Р

V гсс у

(1)

где Рж - число Прандтля для жидкости принимаем, Рж = 290; ?гст - число Прандтля для металла с ЭПФ принимаем ?гст= 48; Rе - критерий Рейнольдса.

Для решения этого критериального уравнения необходимо знать температуру нагрева металла (^=120° С). Определяем величину коэффициента теплоотдачи а от стенки к маслу согласно источнику [2] .

а = Nиж-^т ' (2)

а

вн

где Хж - коэффициент теплопроводности охлаждающей жидкости, Вт/(м °С), Хж = 0,1217 Вт/(м °С); ёвн - диаметр сечения винтового прохода , м.

Расчет теплоотдачи в изогнутых трубках [2] производится по формулам для прямой трубы с последующим введением в качестве сомножителя поправочного коэффициента ек

8= 1 +1.77 —, (3)

к к

где К - радиус охладительного контура; м.

Коэффициент теплоотдачи а от стенки к жидкости согласно источнику [2] для сечения с завихрением

а =а-8, (4)

Количество теплоты, передаваемое от металла охлаждающей жидкости

д = я-авн -1 -а-А, (5)

где 1 - длина материала с ЭПФ, м; А1 - разница начальной и конечной температур

А1 = (1 к -1 н)

А1 = (120 - 40) = 80 °С

Количество теплоты передаваемое в единицу времени через стенку материала с ЭПФ

б,, (6) — • 1п ^

где - наружный диаметр втулки с ЭПФ, м; ё2 - внутренний диаметр втулки с ЭПФ, м; Хж - коэффициент теплопроводности охлаждающей жидкости, Вт / (м0С), ^ = 42 Вт/(м 0С).

По формулам (1-6) произведем расчет (диаметры винтового прохода: ёвн1=10мм, ёвн2=15 мм, ёвн3=20 мм; размеры втулки с ЭПФ: ^=0,15 м, ё2=0,1 м, 1=0,15 м). Выстроим зависимость (рис.2) количество передаваемого тепла 0(кДж/час) от диаметра сечения винтового прохода ёвн

о я

У

*

5

104000 100000 96000 92000 88000 84000 80000

10

15

20

5

Рисунок 2 - Зависимость количества передаваемого тепла от диаметра сечения винтового прохода.

Количество теплоты передаваемое в единицу времени через стенку материала с ЭПФ согласно формуле (6) 0^19800 кДж/час (существенно меньше чем 0). Таким образом, применение винтового прохода в охладительной втулке разрабатываемого аварийного устройства, позволяет эффективно охлаждать рабочий элемент из материала с ЭПФ.

Литература

1. Тюкавин В. П., Попов Ф. П. Повышение надежности лесных машин. (Межиздательская серия "Надежность и качество"). М.: Лесная промышленность, 1978.- 168 с.

2. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереотип. М.: Энергия ,1977.- 344 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.