2.2.9. Przewody.doc

2.2.9. Przewody.

Jak stwierdzono wcześniej, zasadą napędu hydrostatycznego jest przekazy­wanie energii od generatora do silnika dowolnego typu za pośrednictwem ciekłego czynnika roboczego. Jest to napęd substancjonalny. Przesyłanie czyn­nika o pewnym stanie spiętrzenia energetycznego wymaga połączenia elementów układu, jeśli nie tworzą konstrukcji zblokowanej, szczelnymi przewodami rurowymi. Jeśli powstały w ten sposób układ ma pracować poprawnie i niezawodnie, to również przewody muszą być poprawnie zwymiarowane. Wymiarowanie to polega przede wszystkim na ustaleniu średnicy wewnętrznej oraz grubości ścianki rury. Długość oraz kształt osi są narzucone rozstawieniem przetworników energii oraz aparatury sterującej w przestrzeni pozostającej do dyspozycji projektanta układu napędowego.

Średnicę wewnętrzną przewodu określa się z równania ciągłości przepływu, zakładając dopuszczalną prędkość przepływu v. Przy ustalaniu tej prędkości decydujące znaczenie mają straty hydrauliczne, wyrażane sprawnością przewodu ηR. Na ogół uważa się, że jej wartość, nawet w skrajnych przypadkach, nie może być mniejsza niż 0,8. Dla przewodów ssawnych przyjmuje się zwykle v = 0,5 ÷ 1,5 m/s, a dla przewodów tłocznych v = 3 ÷ 4,5 m/s;

w wyjątkowych przy­padkach do 6 m/s. Średnica wewnętrzna przewodu nie powinna być mniejsza od nominalnej średnicy przelotu łączonych elementów układu napędowego.

Natę­żenie przepływu czynnika, przyjmowane jako parametr podstawowy przy wyznaczaniu średnicy wewnętrznej, powinno uwzględniać nie tylko maksymalną wydajność źródła, lecz także efekt multiplikacyjny związany ze współczynnikiem φ = F1 / F2 siłowników

z jednostronnym tłoczyskiem.

Grubość ścianki przewodu dla danej jego średnicy wewnętrznej zależy od ciśnienia oraz od rodzaju materiału, z którego przewód jest wykonany. Ciśnienie rzeczywiste obciążające przewód jest zawsze wyższe od ciśnienia wyznaczonego z .obciążeń zewnętrznych silnika. Pierwszą przyczyną tego jest pulsacja ciśnień wywołana nierównomiernością wydajności pomp wyporowych, drugą – obcią­żenia dynamiczne występujące podczas rozruchu i hamowania silników oraz związanych z nimi mas.

Przewody sztywne i ich łączenie.

Elementy układu nie zmieniające w czasie pracy maszyny wzajemnego usy­tuowania względem siebie łączy się zwykle przewodami sztywnymi, wykonanymi z rur stalowych, miedzianych lub ze stopów aluminium. Ze względu na katalityczne oddziaływanie miedzi i jej stopów w procesie starzenia się olejów rury miedziane stosuje się raczej wyjątkowo. Najczęściej są stosowane rury stalowe bez szwu, walcowane lub ciągnione na zimno.

Jeśli otwory elementów znajdują się w różnych płaszczyznach, to ich łączenie przewodem niedzielonym wymaga gięcia rur. Operacja ta, szczególnie dla rur cienkościennych, musi być wykonana starannie. Chodzi bowiem o to, aby nie dopuścić

do zowalizowania kołowego przekroju rury, a tym samym do zmniejszenia jej wytrzymałości w miejscu gięcia. Gięcia dokonuje się z reguły, stosując wypełniacze różnego rodzaju

i korzystając ze specjalnych urządzeń giętarskich. Minimalny promień zgięcia nie powinien być w żadnym wypadku mniejszy od trzech średnic zewnętrznych rury.

Połączenia rur między sobą mogą być stałe lub rozłączne. Połączenia stałe uzyskuje się dla rur stalowych za pomocą spawania, a w przypadku rur miedzianych lub ich stopów

za pomocą lutowania. Połączenia rozłączne, umożliwiające wielokrotny montaż i demontaż, wykonuje się za pomocą łączników rurowych gwintowych lub kołnierzowych.

Rys. 144 Łączniki rurowe gwintowe: A) z pierścieniem zaciskającym, B) z końcówką kulistą;

1 – korpus, 2 – nakrętka, 3 – pierścień zaciskający lub końcówka kulista, 4 – przewód.

Na rys. 144 przedstawiono zasadę działania najczęściej stosowanych łączników rurowych gwintowych, wg PN-73/M-73028 na przykładzie złączek prostych, z pierścieniem zacinającym (rys. 144.A) oraz z końcówką kulistą (rys. 144 B). Gniazda korpusu 1 mają stożki o kącie rozwarcia, równym 24° i mogą współpracować zarówno z pierścieniem zacinającym, jak i z przyspawaną do przewodu końcówką kulistą. Łączniki tej konstrukcji są przewidziane na ciśnienie robocze do 32 MPa.

Rys. 145. Łączniki rurowe kołnierzowe: A) z kołnierzem stałym, B) z kołnierzem luźnym.

Na rys. 145 podano przykłady złącz rurowych kołnierzowych. Do koń­cówek łączonych przewodów spawa się końcówki kołnierzowe (rys. 145 A) lub oporowe pod kołnierze luźne (rys.  145 B). Uszczelnienia połączeń kołnierzo­wych uzyskuje się

za pomocą pierścieni gumowych lub uszczelką miedzianą. Złącza kołnierzowe stosuje się dla dużych średnic nominalnych i dla wyższych ciśnień roboczych.

Rys.146.  Przyłączki rurowe: A) prosta, B) kolankowa, C) kątowa, D) trójkątna symetryczna, E) trójkątna niesymetryczna.

Na rys. 146 podano podział przyłączek przewodowych, umożliwiających połączenie przewodów z gniazdami elementów hydraulicznych. Podział i oznaczenia są zgodne z normą PN-73/M-73028 i obowiązują zarówno dla pierścieni zacinających, jak również z końcówką kulistą.

Często zachodzi konieczność łączenia przewodami sztywnymi elementów pozostających w czasie pracy maszyny, w ruchu względnym. Stosuje się wówczas złącza przegubowe lub obrotowe. Jest to w wielu przypadkach rozwiązanie jedyne, gdy średnice przewodów są większe, a układ ma pracować przy większych ciśnieniach. Na rys. 147.A podano przykład takiego systemu przewodów, który można zrealizować, stosując złącza obrotowe łożyskowane ślizgowo (rys. 147 B) lub tocznie (rys. 147 C). Konstrukcja wg rys. 147 D przedstawia złącze przegubowe umożliwiające dodatkowo odchylenie przewodu o kąt ±7°. Konstrukcje te stosuje się do średnic nominalnych 10 ÷ 100 mm przy ciśnieniach roboczych odpowiednio 12 ÷ 42 MPa.

Rys. 147. Złącza obrotowe: A) system przewodów, B) złącze z łożyskami ślizgowymi,

C) złącze z łożyskami tocznymi, D) złącze wychylne.

Przewody giętkie.

Przewody giętkie służą do łączenia elementów zmieniających wzajemne poło­żenie

w czasie pracy układu napędowego. Bywają również stosowane do łączenia elementów stałych w celu wyeliminowania możliwości przenoszenia się drgań z jednego elementu na drugi. Z tego względu np. łączy się pompę zasilającą z układem za pomocą krótkiego odcinka przewodu giętkiego. Oprócz wyelimi­nowania możliwości przenoszenia drgań układu pompa-silnik na pozostałe elementy układu napędowego, uzyskuje się zmniejszenie pulsacji ciśnień w przewodzie tłocznym. W sumie zabieg ten obniża poziom hałaśliwości pracy napędu.

Przewodem giętkim nazywa się wąż ciśnieniowy o określonej długości, zaopatrzony

w okucia, które umożliwiają połączenie go z gniazdami przyłącze­niowymi elementów napędu. Wąż ciśnieniowy (rys. 148) składa się z warstwy wewnętrznej, z oplotu stanowiącego nośnik obciążenia oraz z warstwy zewnę­trznej. Warstwa wewnętrzna, w postaci rurki bez szwu, jest wykonana z materiału odpornego na działanie przepływającego czynnika, np. z kauczuku syntetycz­nego lub poliamidów. Materiał warstwy zewnętrznej musi odznaczać się odpornością na ścieranie i oddziaływania atmosferyczne.

O wytrzymałości węża oraz o zakresie jego zastosowania, przy określonej średnicy, decyduje rodzaj, konstrukcja i wytrzymałość oplotu. Oplot może być wykonany z włókien naturalnych, sztucznych lub z drutu stalowego. Wytrzymałość węża o danej średnicy określa liczba warstw oplotu oraz ich udział w przenoszeniu obciążenia. Ponieważ każda następna warstwa oplotu jest mniej obciążona od poprzedniej, więc nie stosuje się liczby oplotu większej niż cztery. Węże z oplotem wykonanym z włókien naturalnych, ze względu na niską ich wytrzymałość, mogą znaleźć zastosowanie jedynie w układach sterujących lub jako przewody ssawne lub spływowe. Oplot z włókien sztucznych znajduje zastosowanie do produkcji węży średniociśnieniowych. Węże wysokociśnienio­we mają z reguły oplot z drutu stalowego.

Oplot może być krzyżowy (rys. 148 .A,B) lub spiralny (rys. 148 C). W oplocie krzyżowym wiązki drutów przeplatają się ze sobą, doznając już w czasie procesu oplatania falistych przegięć. W miejscach skrzyżowań, których liczba w prze­ciętnym wężu o średnicy wewnętrznej 22 mm może wynosić nawet kilkaset na l cm jego długości, oprócz rozciągania, występują dodatkowe przegięcia drutu, powodując jego pękanie po określonej liczbie cykli obciążeń. W miejscu pęknięcia drutu powstaje szczelina, przez którą zostanie wypchnięta wewnętrzna warstwa gumy, doznając przy tym przebicia. Ciecz dostaje się pod nieumocnioną powłokę zewnętrzną, powodując jej rozerwanie.

Oplot spiralny jest wykonywany z drutu stalowego o większej wytrzyma­łości, nawijanego spiralnie w parzystej liczbie warstw. Poszczególne zwoje przylegają ściśle

do siebie, tworząc elastyczną warstwę, oddzieloną od warstwy sąsiedniej wypełniaczem gumowym. Warstwy tego oplotu są bardziej równo­miernie obciążone, a druty nie doznają osłabienia na skutek zginania, jakie występuje w oplocie krzyżowym. W tym też należy się dopatrywać uzasadnienia, że węże z oplotem spiralnym mają kilkanaście razy większą trwałość niż węże z oplotem krzyżowym; są jednak bardziej sztywne, a więc mają nieco gorsze własności tłumiące.

Rys. 148. Przykłady konstrukcji węży gumowych: A) z oplotem tkaninowym,

B) z oplotem krzyżowym              z drutu stalowego, C) z oplotem stalowym spiralnym.

Aby wąż mógł spełniać rolę przewodu, musi zostać okuty, tzn. otrzymać końcówki

o odpowiedniej konstrukcji, które pozwolą na zamontowanie go między łączonymi elementami. Obecnie jest znanych kilkadziesiąt różnych konstrukcji końcówek, które można podzielić na trzy podstawowe grupy: końcówki łubkowo-śrubowe (rys. 149 A), zagniatane lub zawalcowywane (rys. 149 B, C) oraz skręcane (rys. 149 D).

Rys. 149. Okucia węży: A) łubkowo-śrubowe, B), C) zagniatane, D) skręcane.

Końcówki łubkowo-śrubowe są stosowane wtedy, gdy należy szybko podłączyć wąż do jakiegokolwiek elementu np., przy próbach jego wytrzyma­łości. W maszynach końcówek tego typu raczej się nie stosuje. W końcówkach zagniatanych wąż jest trzymany między mocną tuleją wewnętrzną, a zagnie­cioną – cieńszą, łatwiej odkształcalną – tuleją zewnętrzną. Zagnioty mogą mieć różny kształt i można je wykonywać osiowo, obwodowo lub osiowo

i obwodowo. Okucia te są proste konstrukcyjnie i tanie, wymagają jednak małych odchyłek średnic charakterystycznych węża, tj. średnicy zewnętrznej, wewnętrznej oraz rozmieszczenia oplotów. Szeroko jest rozpowszechniony system końcówek skręcanych, które mają tę zaletę, że po zniszczeniu węża mogą być ponownie użyte (rys. 149.D).

Konstrukcja okucia oraz jego montaż nie może powodować ani uszkodzeń, ani też osłabienia wytrzymałości węża. Innymi słowy przewód okuty nie może pękać w obrębie okucia ani w bezpośrednim jego sąsiedztwie. Konstrukcja okucia musi być więc tak pomyślana, aby było zapewnione łagodne przejście obciążeń panujących w swobodnej części przewodu do zera w części uchwyconej w okuciu. Producenci węży oferują gotowe okute przewody dowolnych średnic i o dowolnej żądanej długości.

Okucia węży mają z reguły końcówki kuliste lub gniazda stożkowe mogące współpracować zarówno z końcówką kulistą, jak i z pierścieniem zacinającym. Wykorzystuje się do tego celu elementy normalnych łączników i przyłączek gwintowych wg rys. 144

i 146. Przy montażu przewodów należy bezwzględnie przestrzegać zasady, że węże nie mogą być napinane ani skręcane. W katalogach podaje się często przykłady właściwego ukształtowania przewodu łączącego elementy o różnym usytuowaniu wzajemnym.

Rys. 150. Szybkozłącze typu ZSR1-160, konstrukcji PZL-HYDRAL Wrocław.

1 – zawór gniazdo, 2 – nakrętka, 3 – kołnierz, 4 – zawór wtyczka, 5 – nakrętka,

6 – podkładka.

Za pomocą przewodów giętkich dokonuje się połączenia stacji zasilających z różnego rodzaju narzędziami, urządzeniami lub maszynami z napędem hydraulicznym, okresowo ze stacji tych korzystających. Stosuje się wówczas tzw. szybkozłącza, pozwalające łączyć lub przerywać połączenia między zasilaniem, a odbiornikami, nawet gdy znajdują się pod ciśnieniem. Szybkozłącze jest zatem, pod względem funkcjonalnym, porównywalne

z układem gniazdo-wtyczka w instalacjach elektrycznych. Szybkozłącza są stosowane szczególnie często w maszynach w celu podłączenia osprzętu roboczego.

Na rys. 150 przedstawiono szybkozłącze typu ZSR1-160, konstrukcji PZL-HYDRAL we Wrocławiu. Jak widać z rysunku, jest to układ dwóch zaworów zwrotnych,

co wynika nawet z symbolu graficznego, otwieranych przymusowo po skręceniu złącza. Zawór-gniazdo 1 montuje się na nieruchomej ściance związanej z miejscem zainstalowania stacji zasilającej, natomiast zawór-wtyczka 4 doznaje połączenia z przewodem giętkim za pomocą normalnego łącznika gwintowego. Po rozłączeniu obu zaworów grzybki zostają dociśnięte do gniazd, uniemożliwiających wypływ czynnika na zewnątrz z obu łączonych części. Zawór-wtyczkę mocuje się, po odłączeniu urządzenia od stacji zasilającej, w gnieździe ślepym usytuowanym na napędzanym urządzeniu (rys. 151).

Rys. 151. Przykład zastosowania szybkozłącza firmy TECHNOCHEMIE (Niemcy).

1 – zawór-gniazdo, 2 – zawór-wtyczka, 3 – nakrętka, 4 – pierścień osadczy,

5 – ochrona przeciwpyłowa, 6 – gniazdo ślepe, 7 – przewód giętki, 8 – przewód sztywny lub giętki, 9 – nakrętka.