Повышение эффективности работы гидропривода мобильных машин

Анализ проведенных исследований показывает, что эффективная работа гидропривода мобильных машин возможна только при рациональной температуре рабочей жидкости. Современные транспортно-технологические машины не оснащены системами регулирования температуры масла гидроагрегатов [1]. Их отсутствие становится заметно в основном при эксплуатации техники в условиях отрицательных температур. На большей площади нашей страны - 96…97% среднемесячная температура окружающего воздуха находится в интервале температур плюс-минус 20оС свыше четырех месяцев в году, причем до 65% машинно-тракторного парка эксплуатируется в зимнее время года. Зимние работы могут достигать 30% от всех выполняемых работ [2].

В автотранспортном секторе, применяются следующие способы повышения эффективности гидропривода: использование масла с более пологой вязкостно-температурной характеристикой; предпусковой подогрев и обеспечение рациональных температур непосредственно при выполнении транспортно-технологических операций [3,4].

Самым эффективным способом можно было бы считать применение масел с улучшенными эксплуатационными свойствами [5,6]. Однако использование таких масел обоснованно лишь в момент пуска и в начале работы. На величину максимально установившейся температуры масла гидропривода это не оказывает заметного влияния. Помимо этого, ассортимент этих марок масел в нашей стране достаточно ограничен и дефицитен, вследствие чего стоимость низкотемпературных масел весьма велика, поэтому их эксплуатируют преимущественно в районах Крайнего Севера для самых ответственных узлов трения [7].

Повышение эффективности работы гидропривода в эксплуатационных условиях обеспечением рациональных нагрузочного и скоростного режимов работы агрегатов совместно с увеличением коэффициента сменности и загрузки гидропривода в течение рабочей смены представляется малоперспективным из-за особенности работ в зимний период.

Хранение машин в зимнее время в теплом гараже значительно уменьшает скорость охлаждения их деталей и к началу пуска температура масла в гидроагрегатах немного выше, чем температура в закрытом помещении. Таким образом, это способствует более легкому запуску машины в работу, облегчает условия труда операторов и, соответственно, увеличению производительности. Однако, в виду того, что парк мобильных машин чаще всего территориально разобщен и их работы в зимних условиях, как правило, осуществляются небольшими группами, для большинства единиц подвижного состава отсутствие отапливаемых гаражей является нормой. И, если для нагревания двигателей развиты различные способы (индивидуальные средства нагревания, групповые, и т.д.), то гидравлические системы мобильных машин чаще всего запускаются в работу, без прогрева, что проводит к известным негативным последствиям [6,8,10].

Сохранение тепла гидроагрегатов, теплоизоляционными материалами очень эффективно, но эта задача технически трудновыполнимая, так как агрегаты гидравлической системы, располагаются по всей длине трактора, на значительном расстоянии друг от друга [9].

Из некоторых способов нагрева рабочей жидкости гидравлической системы можно отметить следующие: горячим воздухом, инфракрасными горелками, дросселированием, изменением области теплообмена, электронагревательными элементами, нагрев за счет тепла выделяемого двигателем внутреннего сгорания, выхлопными газами [1,5].

Нагревание горячим воздухом агрегатов гидравлической системы весьма эффективно, просто и доступно. Водо-воздушный нагреватель Целинного филиала ГОСНИТИ может нагреть сразу шесть автомобилей. С его помощью нагревается масло в картере двигателя, баках гидравлических систем, коробке передач, заднем мосту. Масло разогревают горячим воздухом с температурой 300 … 350°C [3]. Главные недостатки этого способа - потребность в приобретении дополнительного оборудования и значительных затрат на топливосмазочные материалы.

Нагрев агрегатов гидравлической системы газовыми горелками инфракрасного излучения также не был широко востребован из-за низкой эффективности этих установок и потребности в дополнительных затратах на приобретение топлива. Нужно отметить, что показатели установок, основанных на применении горелок инфракрасного излучения на сжиженном газе значительно, улучшаются, если применяют их к другим целям, например, для отопления зданий [11].

Системы нагревания рабочей жидкости дросселированием [1,5], основаны на принципе прохождения рабочей жидкости через дроссель под большим давлением. Нагревание рабочей жидкости происходит в результате дросселирования, когда рабочая жидкость проходит через гидравлическое сопротивление (дроссель) и, из-за потери давления в ходе деформации (мятия) жидкости, происходит преобразование механической энергии в тепловую. гидропривод машина подогрев жидкость

Недостатком этих систем является то, что, когда дросселируемая жидкость под давлением на высокой скорости перетекает через каналы, направляюще-регулировочное гидрооборудование и другие местные сопротивления, она многократно сминается, что очень пагубно влияет на физические и химические свойства рабочей жидкости. В ходе дросселирование масла под большим давлением происходит разрушение молекулярных цепей, в результате чего уменьшается вязкость, ухудшаются смазывающие свойства, и наблюдается потемнение масла.

Известны системы нагревания рабочей жидкости изменением емкости гидробака и области теплоотдачи [1,5], которые включают маленькие и большие баки, главные и дополнительные распределители, насос, тепловой датчик, гидравлический двигатель.

Недостатком этих систем является то, что после достижения рациональной температуры во время работы на маленьком баке при сообщении с большим баком температура рабочей жидкости резко понижается и становится намного ниже рациональной, так как массы холодного масла намного больше массы горячего. Кроме того, это направление теплового регулирования рабочей жидкости требует достаточно существенных конструктивных изменений гидравлической системы, которая приводит к усложнению технологий производства, увеличения размеров, веса и стоимости автомобиля.

Главным недостатком систем нагревания рабочей жидкости электронагревательными элементами [1,5,8] является обязательное существование источников электроэнергии для питания электронагревательных элементов гидравлической системы, что не всегда возможно обеспечить, особенно, в условиях значительного удаления машины от постоянных источников электроэнергии. Нагреватели же, приводимые в действие от бортовой сети, имеют низкую эффективность и значительно увеличивают нагрузку автомобильной электрической системы.

Конструкция устройства обеспечивающего нагрев масла за счет высокой температуры выделяемой двигателем [1], применена на белорусском тракторе МТЗ-1221, и состоит из трубчатого теплообменника и прикрепленного крышкой к блоку-картеру двигателя посредством болтов. Масло, подаваемое гидравлическим насосом, нагревается в теплообменнике за счет высокой температуры выделяемой двигателем.

Необходимо отметить, что к недостаткам этого способа относится следующее. В начальный момент перекачки масла через теплообменник температура деталей картера двигателя все еще остается довольно низкой. Нагревание рабочей жидкости выполняется только из-за ее хеширования и барбатирования насосом, что проводит к увеличению его изнашивания. В то время, когда температура двигателя увеличится до наибольшей установившейся в ходе теплообмена с окружающей средой, температура блока цилиндров намного превысит рациональную рабочую температуру гидрожидкости, создавая, таким образом, условия для ухудшения эксплуатационных свойств рабочей жидкости.

Системы нагревания рабочей жидкости выхлопными газами двигателя [1,5] также не стали широко применяться, потому что масло гидравлической системы подвергается значительному местному перегреву, так как температура выхлопных газов, после выпуска их от двигателя в несколько раз превышает рациональную температуру рабочей жидкости. Под влиянием высокой температуры масло начинает интенсивно окисляться и полимеризироваться, что является основным фактором старения масла, кроме того образовавшиеся органические кислоты и асфальтовые вещества, забивают маслопроводы, и каналы и выпадают в осадок.

Описанные ранее организационно-технические мероприятия, при несомненных достоинствах каждого из них, все-таки не до конца решают проблемы, связанные с улучшением выходных показателей гидропривода, в особенности, при отрицательной температуре окружающего воздуха.

Из всех перечисленных способов выдвигаемым требованиям полностью не отвечает ни один. В виду этого, нами была предложена система для терморегулирования жидкости гидропривода оригинальной конструкции. Эту систему можно использовать и для подогрева, и для охлаждения рабочей жидкости в эксплуатационных условиях [10,12].

Система терморегулирования состоит из гидронасоса, сообщенного нагнетательной гидролинией с теплообменником, который сообщается с гидробаком через сливную гидролинию, гидравлическое сопротивление, помещенное в указанной нагнетательной гидролинии, шестеренный насос смазочной системы двигателя и вентилятор блока охлаждения кабины, также связанные с теплообменником, и отличается тем, что для разогрева масла гидропривода применяется тепло моторного масла из смазочной системы двигателя.

Разработанная система терморегулирования лишена обозначенных ранее недостатков, и ее применение увеличит эффективность, надежность и точность регулирования температуры рабочей жидкости гидропривода.

Таким образом, повышение работоспособности гидроагрегатов мобильных машин терморегулированием гидравлического масла в эксплуатационных условиях является весьма эффективным средством, наиболее полно реализующим их потенциальные свойства. Этого можно достичь модернизацией гидропривода путем установки в него системы терморегулирования.