В настоящее время почти все машины, применяемые в лесном хозяйстве, оснащены гидравлическим оборудованием, поэтому повышение эксплуатационных характеристик гидропривода позволит повысить эффективность и производительность лесных машин.
Одним из методов повышение этих характеристик являться использование в гидравлической системе лесных машин гидравлических аккумуляторов, которые обладают большой энергоемкостью при сравнительно малой массе и высоком быстродействии этих гидравлических агрегатов. Аккумулятор способен накапливать энергию жидкости в гидравлической системе, когда энергия в гидравлической системе избыточна, и отдавать, когда это необходимо. [1,2,3]
Возможное применение гидроаккумулятора не ограничивается только сбором и отдачей энергии, его также используют для защиты системы от чрезмерно высоких давлений, которые возникают в результате гидравлических ударов, для уменьшения пульсаций давлений в системе вызванных работой насосов, клапанов и распределителей, для поглощения кинетической энергии при инерционных нагрузках, для восполнения утечек и для компенсации изменения объема при изменении температуры.
По способу накопления потенциальной энергии гидравлические аккумуляторы разделяют на грузовые аккумуляторы и аккумуляторы с упругим элементом.
Рисунок 1 – варианты конструкций гидравлических аккумуляторов
а - грузовой гидроаккумулятор, б - и - гидроаккумуляторы с упругим элементом, к – инерционный гидроаккумулятор.
Накопление потенциальной энергии в грузовых аккумуляторах (рисунок 1а) осуществляется посредством подъема груза на высоту.
К упругим элементам относят газ, диафрагмы и пружины. [2]
В зависимости от способа накопления энергии гидроаккумуляторы разделяют на пружинные (рисунок 1и) где накопление и отдача энергии в систему осуществляется посредствам сжатия, а затем растяжения пружины, и пневмогидравлические где для этих целей используется газ.
Пружинные гидроаккумуляторы применяются в гидроприводах при небольших давлениях и расходах рабочей жидкости. [4]
Пневмоаккумуляторы классифицируют на аккумуляторы с разделением сред (рисунок 1в) (гидравлической жидкости и газа) и без разделения сред (рисунки 1б, 1д), первые более эффективны, так как возможность растворения газа в жидкости исключена. [1,4]
Разделители бывают поршневые (рисунки 1в, 1г, 2) и эластичные. [5]
Существенным недостатком первых является трение поршня в цилиндре вследствие этого возможно более вероятное наружение герметичности по сравнению с эластичными разделителями. [1]
К числу недостатков можно отнести повышенную массу разделителя сред и связанное с этим снижение быстродействия, в процессе работы скорость движения поршня, как правило, не должна превышать 2 м/с. [6]
Их применение не очень эффективно в качестве гасителя колебаний при высоких частотах срабатывания и больших ускорениях, а также при низких давлениях или малых их перепадах . [3]
К их преимуществам стоит отнести простоту конструкции и возможность унификации с поршневым гидроцилиндром.
Основными проблемами, возникающими при создании аккумуляторов поршневого типа, являются обеспечение герметичности и уменьшение потерь на трение. Для этого предлагаются различные варианты от простого способа герметизации с помощью двух колец круглого сечения и кольца прямоугольного сечения, изготовленных из маслостойкой резины так и более сложные варианты с различными комбинированными уплотнениями с набором отличающихся по форме, размерам и материалу колец, в том числе изготовленных из эластомеров и пластмасс. [5]
Рисунок 2 – Вариант конструктивного исполнения поршневого гидравлического аккумулятора
Эластичные (диафрагменные) аккумуляторы бывают двух видов исполнения типа “мембрана” (рисунки 1ж, 1з, 3) и типа “мешок (баллон)” (рисунки 1е, 4) возможно их применение в качестве гасителей колебаний.
Необходимо отметить, что зарядка аккумуляторов с эластичным разделителем кислородом и воздухом, как правило, недопустима; так как эти материалы агрессивны по отношению к материалу эластичного разделителя (резине) для зарядки используется азот, а в отдельных случаях инертный газ.
Мембранные аккумуляторы применяются для небольших объемов газа и вытесняемой жидкости. Их преимуществами являются хорошая герметичность и длительный срок эксплуатации, любое монтажное положение, минимальная инерционность.
Баллонные аккумуляторы применяются при средних рабочих объемах в гидроприводах высокого быстродействия. За счет повышения качества изготовления баллона достигнута также хорошая газонепроницаемость и длительный срок его эксплуатации. Баллонные аккумуляторы могут устанавливаться вертикально или горизонтально с жидкостной полостью преимущественно снизу. [6]
Выбор между этими двумя вариантами обуславливается тем, что аккумулятор мембранного типа предпочтителен при объемах в основном до 10 литров, “мешок” при больших объемах.
Срок службы аккумулятора типа “мешок” в два раза меньше чем у “мембраны” это обуславливается тем, что при деформациях “мешка” в процессе работы в его стенках возникают большие знакопеременные нагрузки (растяжения-сжатия) чем в стенках “мембраны”.
Рисунок 3 – Вариант конструктивного исполнения гидравлического аккумулятора типа “мембрана”
Рисунок 3 – Вариант конструктивного исполнения гидравлического аккумулятора типа “мешок (баллон)”
Однако у пневмогидроаккумуляторов с эластичными разделителями, есть некоторые проблемные особенности в конструкции: обеспечение герметичного крепления эластичных разделителей относительно корпуса аккумулятора, устранение возможности выдавливания разделителя в отверстие для подвода рабочей жидкости в гидроаккумулятор, увеличение долговечности и износостойкости эластичных разделителей, уменьшение металлоемкости гидроаккумуляторов. К одному из основных недостатков следует отнести неудовлетворительную работу эластичных разделителей при низких температурах, что связано со свойством материала диафрагмы в этих условиях терять свою упругость.
Преимуществом эластичных разделителей по сравнению с поршневыми являются более предпочтительные массовые характеристики за счет оптимальной геометрии корпуса, который обычно имеет сферическую или эллипсообразную форму.
Необходимо отметить, что выбор аккумулятора должен быть обусловлен условиями работы и конкретными задачами для выполнения, которых аккумулятор необходим. Тем не менее, наиболее эффективным и перспективным является применение пневмоаккумуляторов с эластичным разделителем типа “мембрана” или “мешок (баллон)”.
Библиографический список
1.Башта, Т.М. Гидравлика гидромашины и гидропривод [Текст] / Т.М Башта.- М.: Машиностроение. 1982. – 423с.
2. Долгачев Ф. М., Основы гидравлика и гидропривод [Текст] / Ф.М Долгачев - Стройиздат. 1970 – 216с.
3 Кариколпаков, В. М. Типы гидроаккумуляторов [Электронный ресурс] / В. М. Кариколпаков-. http://www.hydac.com.ru/article-hydroaccumulators.html-8с.
4. Холин К. М. Основы гидравлики и объемные гидроприводы : [Текст] / К. М. Холин, О. Ф. Никитин –М.: Машиностроение. 1989. – 262с.
5 Марктвартде В. М. Современные конструкции и тенденции развития гидроаккумуляторов для сельскохозяйственных машин. Обзор [Текст] / В. М. Марктвартде – ЦНИИТЭИтракторсельхозмаш 1980. – 40с.
6 Экснер Х. Гидропривод. Основы и компоненты [Текст] / Х. Экснер, Р. Фрейгат –Бош Рексрот АГ Сервис Автоматизация Дидактика 2003 – 323с.
