Комбинированный центробежный очиститель для гидросистемы рулевого управления автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.928.3

Комбинированный центробежный очиститель для гидросистемы рулевого управления автомобиля

Р.П.Капустин

Транспортное машиностроение

Аннотация

гидросистема рулевой грузовой центробежный

Приведены результаты сравнительных стендовых испытаний по очистке рабочей жидкости гидросистемы рулевого управления грузового автомобиля от механических примесей механическим фильтром и комбинированным центробежным очистителем, состоящим из гидроциклона и центрифуги.

Ключевые слова: гидросистема, рабочая жидкость, загрязнение, дисперсный состав, очиститель.

Рабочая жидкость гидравлических систем под действием давления, кислорода воздуха и продуктов загрязнения изменяет свои эксплуатационные свойства, т.е. стареет. Процесс старения в основном сводится к накоплению в рабочей жидкости загрязнений и ухудшению свойств присадок. Несмотря на наличие фильтров или очистителей, в рабочих жидкостях накапливается большое количество неотфильтрованных частиц, достигающее десятков тысяч штук в каждом кубическом сантиметре объема.

По количественной величине чистота масла и рабочей жидкости оценивается ГОСТ 6370-83. При содержании загрязнений больше 0,006% по массе масло или рабочая жидкость считается грязной и подлежит замене или очистке. Качественная оценка чистоты жидкости регламентируется ГОСТ 17216-2001. Данный ГОСТ предусматривает разделение всех жидкостей, в том числе смазочных масел, на 19 классов. Для рулевых управлений и следящих систем рекомендуется 13-й класс чистоты жидкости.

Загрязненность рабочей жидкости гидросистем в реальных условиях эксплуатации может значительно превышать допустимые нормы, что способствует интенсификации изнашивания гидроагрегатов, заклиниванию золотников и клапанов.

В гидросистеме рулевого управления колесного шасси и тягачей БЗКТ используется механический сетчатый фильтр с тонкостью фильтрации 80 мкм. Недостаточная эффективность очистки рабочей жидкости нередко приводит к заклиниванию управляющего золотника и редукционного клапана, что, в свою очередь, приводит к отказу рулевого управления и аварийным ситуациям. Для повышения эффективности очистки рабочей жидкости (масло марки Р) в качестве альтернативы был рассмотрен комбинированный центробежный очиститель (рис.1) [1].

Очиститель работает на минеральных маслах с кинематической вязкостью не более 50 мм²/с в диапазоне температур 10…70⁰С. Температура окружающей среды -30…+35⁰С.

Очиститель состоит из гидроциклона и центрифуги. Гидроциклон разделяет жидкость на очищенную от загрязнений и сливающуюся в бак и загрязнённую примесями, отправляемую в центрифугу, где она очищается от примесей, после чего тоже отправляется в бак.

Работает очиститель следующим образом. Жидкость по входному патрубку 2 тангенциально вводится в корпус 1 очистителя. Вращаясь вокруг гидроциклона 4, жидкость опускается вниз и через тангенциальные отверстия 5 под напором входит в гидроциклонную камеру. Под действием центробежной силы, возникающей вследствие вращательного движения жидкости, механические примеси с плотностью, большей плотности жидкости, отводятся к стенке камеры гидроциклона. Освобождённая от механических примесей жидкость из центральной области камеры через сливной насадок 6 и патрубок 3 сливается в резервуар (бак) системы, а механические примеси из пристенного слоя гидроциклонной камеры вместе с частью потока жидкости через кольцевое отверстие 18 и приемный канал 14 направляются к направляющему аппарату 15. Выходя из направляющего аппарата в виде тангенциальной струи, поток жидкости воздействует на внутреннюю стенку колонки 8 ротора, заставляя последний вращаться, и поступает через радиальные отверстия во втулке 10 в полость между стаканом 9 и верхним диском 11, направляясь к периферии ротора. Проходя затем между верхним диском и боковой стенкой стакана, поток жидкости совершает резкий поворот на 180⁰ и входит в пространство между верхним (11) и нижним (12) дисками. Из междискового пространства жидкость по радиальным каналам втулки 10 через сопла в колонке ротора проходит в осевое отверстие оси ротора 13. Реакция струй жидкости, истекающих из сопел, создаёт дополнительный крутящий момент для раскручивания ротора. Далее жидкость из осевого канала по сливной трубке 16 направляется через сливной насадок 6 в сливной патрубок 3. Очистка жидкости от механических примесей осуществляется в роторе и происходит следующим образом. При резком изменении направления движения жидкости в кольцевом пространстве между верхним диском 11 и стаканом 9 ротора на частицы примесей воздействует сила инерции, а также центробежная сила, возникающая при вращении ротора. Кроме того, на частицы действует сила тяжести. Под суммарным воздействием этих сил механические примеси выводятся из основного потока и с пристенным слоем жидкости опускаются в нижнюю часть полости ротора, где осаждаются на боковой стенке стакана 9 и дне ротора.

Рис. 1. Комбинированный центробежный очиститель: 1 - корпус; 2 - входной патрубок; 3 - сливной патрубок; 4 - гидроциклон; 5 - входное отверстие; 6 - сливной насадок; 7 - дренажная трубка; 8 - колонка ротора; 9 - стакан ротора; 10 - втулка; 11 - верхний диск; 12 - нижний диск; 13 - ось ротора; 14 - приемный канал; 15 - направляющий аппарат; 16 - сливная трубка; 17 - вставка; 18 - кольцевое отверстие; 19 - колпак; 20 - гайка; 21 - шайба; 22 - сухарик; 23 - пружина; 24 - пластина

Конструкция центрифуги исключает смыв осадка из ротора при его остановке или отсутствии вращения.

Были проведены сравнительные стендовые испытания штатного механического фильтра и комбинированного очистителя. Производительность насоса - 70 л/мин, количество рабочей жидкости в баке - 40 л, рабочая жидкость - масло марки Р. В качестве искусственного загрязнителя использовался алюминиевый порошок ПАМ-3 с плотностью 2,8 г/см³, имеющий следующий дисперсный состав:

Размер частиц

порошка, мкм До 20 20…50 50…100 100…150 Свыше 150

Процентное cо-

держание частиц 39 24 22 13 2

Регламентированная ГОСТ 6370-83 норма загрязнённости масла (0,006% по массе) штатным фильтром достигается через 40 мин работы (рис. 2), комбинированным очистителем, даже при большей начальной загрязнённости, - через 15-20 мин.

Последние пробы масла (через 30 мин работы) были подвергнуты дисперсионному анализу по методике, сводящейся к следующему. После 3-5 мин перемешивания взятой из бака пробы масла часть её объёмом 20 см³ заливалась в металлический стаканчик со стеклянным донышком и отстаивалась 24 ч. Число частиц подсчитывалось в соответствии с ГОСТ 17216-2001 (с помощью микроскопа МИМ-8). Частицы размером меньше 5 мкм не подсчитывались. Количество частиц в 100 см³ масла определялось по формуле

где F = 1,767 см²- площадь стаканчика; p- число полей зрения; f = 2,20618•10^-3 см²- площадь поля зрения; n - число частиц одного размера по всем полям зрения.

Рис. 2. Динамика снижения загрязненности масла: - фильтр; - комбинированный очиститель

Для оценки качественного изменения чистоты жидкости в зависимости от времени работы комбинированного очистителя его испытания были продолжены. Абсолютная ошибка анализов не превышала 10%. Класс чистоты жидкости определялся по индексу загрязнённости, предложенной в своё время ВНИИстройдормашем:

где n - число частиц в 100 см³ жидкости (размером 5-10 мкм и т.д.).

Результаты дисперсного анализа:

Класс чистоты 8 9 10 11 12 13 14 15

Индекс загрязнённости 105 210 415 830 1645 3275 6520 13040

Таблица Состояние рабочей жидкости по результатам испытаний очистительных устройств

Проведенные сравнительные стендовые испытания фильтра и комбинированного центробежного очистителя позволяют сделать следующие выводы::

1. Комбинированный очиститель превосходит штатный сетчатый фильтр по эффективности очистки и может обеспечить класс чистоты рабочей жидкости в гидросистеме рулевого управления выше требуемого (10 - 11-й класс), при этом тонкость очистки меньше 50 мкм.

2. Процесс очистки рабочей жидкости от механических примесей в циркуляционной системе подчиняется закону вероятности, поэтому для оценки реальной загрязненности жидкости и тонкости очистки необходимо проведение эксплуатационных сравнительных испытаний.

Список литературы

1. А.с. 1139510 CCCР, МКИ ³ В 04 С 9/00. Центробежный очиститель /Р.П.Капустин (СССР). - №3599787/23 - 26; заявл. 03.06.83; опубл.15.02.85, Бюл. № 6. -3с.

Материал поступил в редколлегию 3.11.09.

Размещено на Allbest.ru