А.Д. Бужинский, Белорусско-Российский университет, Могилев, Беларусь

Влияние формы соединений трубопроводов гидравлической системы погрузчика на потери мощности

Современные тенденции развития строительных, дорожных и подъемно-транспортных машин направленные на увеличение производительности, влекут за собой и повышение требований к их гидросистемам. Наблюдающийся рост рабочего давления, скорости рабочих операций и рабочих нагрузок влекут за собой повышение потребляемой мощности, что в свою очередь ведет к росту расхода топлива и повышению себестоимости продукции. С повышением потребляемой мощности более актуальным становится вопрос максимально полезного ее использования, ведь в гидросистеме, как и в любой другой системе существуют сопротивления, на преодоление которых затрачивается энергия. В виду постоянного роста цен на топливо, удельный вес которого в себестоимости продукции занимает значительную часть, снижение сопротивлений и повышение КПД гидросистемы строительных, дорожных и подъемно-транспортных машин становится все более актуальным.

Основным источником потерь при работе гидросистемы являются сопротивления, возникающие при движении по ней рабочей жидкости. Учитывая, что при работающем двигателе происходит непрерывная циркуляция рабочей жидкости по гидросистеме, то происходят постоянные затраты энергии. В свою очередь, одной из составляющих потерь гидросистеме являются местные сопротивления, которые в определяются конструктивным исполнение тех элементов, в которых они возникают. На рис.1 и рис.2 приведены варианты исполнения соединений трубопроводов и поворотов соответственно.

В виду не достаточного внимания к данному вопросу все соединения и повороты трубопроводов в гидросистемах строительных, дорожных и подъемно-транспортных машин выполняют по схемам рис.1(а) и рис.2(а), тогда как именно такое исполнение вызывает наибольшие потери.

Рис.1. Пример исполнения соединений

Коэффициент местного сопротивления x при острых кромках входного отверстия (рис.1, а) принимается равным 0,5 [1], при входных кромках отверстия, закругленных по дуге окружности (рис.1, б), значение коэффициента x уменьшается, достигая при отношении r/d=0,1…0,2 значения 0,05…0,03, где r – радиус закругления входной кромки и d – диаметр отверстия. Уменьшить коэффициент сопротивления на входе жидкости можно также выполнением на входе фасок (рис.1, в), значение коэффициента сопротивления зависит от величины угла a конуса и относительной длины l/d конуса, где l и d – параметры конуса. Так при относительной длине l/d=0,2…0,3 и с углом a=40…60⁰ коэффициент сопротивления составляет 0,1…0,15. Следовательно, выполнение закругления снижает коэффициент сопротивления в 5…2,5 раза, а применение фаски – в 5…3 раза по сравнению с острыми кромками. Снижение коэффициента сопротивления в свою очередь влечет аналогичное снижение потерь на данном элементе.

Рис. 2 Конструктивные исполнения поворотов трубопроводов: а – колено;

б – закругленное колено.

Для колена с острыми кромками (рис.2, а) коэффициент сопротивления возрастает с увеличением угла δ и при δ=90⁰ достигает единицы [2]. Тогда как при плавном закруглении (рис.2, б) коэффициент сопротивления значительно снижается и при d/R=1 равен 0,24, что дает снижения сопротивления по сравнению с коленом без закругления в 4 раза.

Для анализа потерь мощности была рассмотрена гидросистема погрузчика МоАЗ-4048, выделены характерные элементы, вызывающие сопротивления и для каждого из них определены коэффициенты местного сопротивления. В таблице 1 приведены результаты рассмотрения гидросистемы.

Таблица 1

Элементы гидросистемы вызывающие сопротивления

№	Название элемента	Количество элементов в гидросистеме	К-т местного сопротивления для базовой гидросистемы	Потери, Па	К-т местного сопротивления для модернизированной гидросистемы	Эконо-мящаяся мощность, Вт
1	Тройник	2	2,00	113000	1,00	230
2	Изгиб	20	0,1	75200	0,1	0,00
3	Поворот	16	1,00	312000	0,2	1680
4	Вход в насос	2	0,15	5720	0,15	0,00
5	Выход из насоса	2	0,15	10600	0,15	0,00
6	Вход в цилиндр	2	1,00	73320	1,00	0,00
7	Выход из цилиндра	2	0,50	23460	0,50	0,00
8	Обратный клапан	2	2,50	91600	2,50	0,00

Анализ гидросистемы показал, что 32% местных сопротивлений это повороты на 90⁰, вызывающие 47% сопротивлений.

Была проведена оптимизация гидросистемы путем изменения конструктивного исполнения элементов позволяющая снизить коэффициенты местных сопротивлений, что ведет к снижению затрат мощности на преодоление потерь. Уменьшение коэффициента сопротивлений достигается за счет замены поворотов (рис.2,а) на изгибы (рис.2,б), а так же путем выполнения фасок и закруглений в местах расширения (сужения) трубопроводов. Так в модернизированной гидросистеме коэффициенты местных сопротивлений снижены на 39%, что дает снижение мощности необходимой на их преодоление на 37% (рис.3).

Рис.3 Затраты мощности на преодоление местных сопротивлений: 1 – для базовой гидросистемы; 2 – модернизированной.

Перейдя от потерь мощности к расходу топлива, при наработке машины в год 3500 часов, удельном расходе 240 г^.кВт/ч и усредненных параметрах рабочего цикла экономия топлива может составить 1,5 тонны в год.

Список литературы

1. Объемные гидроприводы. Башта Т.М. и др. Под ред Т.М. Башты, М.: Машиностроение, 1969. – 628 с., ил.

2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов/ Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. – 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение, 1982. – 423 с., ил.