Проектирование узла гидравлического шланга:полное руководство для инженеров

Джош Косфорд, ответственный редактор

Как и их собратья по фитингам и адаптерам, гидравлические шланги в сборе часто остаются второстепенным вопросом для проектировщиков гидравлики. Я бы предпочел также поработать над созданием уникальной гидравлической схемы, но нам не следует забывать о важности целостного подхода к проектированию машины. Ваши специалисты по гидроэнергетике являются важной частью головоломки, обеспечивающей профессиональное изготовление и установку шлангов, но ваша предусмотрительность имеет большое значение для экономии затрат, упрощения установки и повышения надежности.

Предполагая, что вы проектировщик гидравлики, а не инженер, отвечающий за саму машину, при планировании узлов шлангов необходимо учитывать множество факторов. Как правило, при выборе и планировании узла шланга вашей машины необходимо учитывать три вещи:конструкцию шланга, выбор конца шланга и варианты прокладки.

Перво-наперво:конструкция шланга

Выбор правильной конструкции шланга играет наиболее важную роль в предоставлении клиентам эффективной и безопасной гидравлической машины. Совместимость по давлению — это основной фактор, который следует учитывать при выборе шланга. Отправной точкой должна быть приведенная ниже таблица стандартов гидравлических шлангов SAE J517.

Стандарт конструкции гидравлических шлангов SAE J517

Гидравлический шланг следует выбирать исходя из максимального диапазона рабочего давления, которое испытывает ваша машина. Диапазон учитывает наибольший диаметр (самое низкое давление) и наименьший диаметр (самое высокое давление), которые лежат в основе гидравлики. По своей природе маленький шланг легче выдерживает высокое давление, чем шланг большого диаметра, поэтому уточните у поставщика шлангов номинальное давление того диаметра, который вам нужен для скорости потока вашей машины.

Все гидравлические шланги рассчитаны на рабочее давление, которое вдвое ниже испытательного давления и вдвое выше давления разрыва. Если ваша система склонна к скачкам давления, возможно, вам придется выбрать шланг, рассчитанный на немного большее номинальное рабочее давление. Испытательное давление описывает точку, в которой гидравлический шланг может быть необратимо поврежден, поэтому лучше не касаться этой границы на манометре.

Во многих случаях вам может потребоваться избегать почтенных стандартов 100R1 и 100R2, если ваша машина оснащена шлангами разных размеров и работает под давлением не менее 3000 фунтов на квадратный дюйм. Многие производители машин стандартизируют одно из обозначений изобарических шлангов, например 100R17, где каждый шланг диаметром от 3/16 до 1 дюйма рассчитан на давление 3000 фунтов на квадратный дюйм. Их растущая популярность привела к снижению производственных затрат, поскольку многие производители шлангов перешли на эту конструкцию.

Очень важно использовать шланг правильного внутреннего диаметра, так как изменение внутреннего диаметра шланга может привести к необходимости его замены. может изменить давление в системе. Если сменный шланг слишком мал для потока, вы ввели новое ограничение. Давление в системе повысится.
Изображение предоставлено LunchBox Sessions

Если вам нужен шланг большого диаметра и с давлением более 3000 фунтов на квадратный дюйм, вам придется изучить такие варианты, как 100R12, 100R13 и 100R15, в которых используется спирально навитая армирующая проволока с четырьмя или шестью слоями. Некоторые советуют выбирать шланг, рассчитанный на давление, на 25–50 % превышающее ваше рабочее давление, но на самом деле строгие рекомендации по использованию шлангов уже учитывают скачки давления, и производители принимают соответствующие меры.

Аспекты потока

Определившись с типом конструкции шланга, вам понадобится диаметр, который лучше всего соответствует потоку. Не забывайте учитывать уникальные ситуации, такие как дифференциальные цилиндры и поток присадки, образующийся из отверстия крышки во время втягивания. В случаях, когда соотношение площадей велико, вы можете наблюдать увеличение скорости потока более чем в два раза, поэтому убедитесь, что шланг имеет соответствующий размер.

Не существует абсолютного описания пропускной способности гидравлического шланга, поскольку четыре сценария определяют максимальную скорость жидкости, которая обычно является нашим ограничивающим фактором, а не чем-то более сложным для расчета, например перепадом давления. Начиная с нижнего предела, предотвращайте чрезмерную скорость через всасывающие линии, где вакуум может привести к самопроизвольному образованию пузырьков газа, которое мы называем кавитацией. Как правило, никогда не допускайте, чтобы скорость всасывающих линий превышала 3–4 фута в секунду; чем ниже, тем лучше, поэтому нет ничего плохого в том, чтобы стремиться к скорости 1 фут/сек, если позволяет пространство.

Слева указан минимальный радиус изгиба, разрешенный для этого шланга. Справа изгиб шланга (обведен красным) намного меньше минимального радиуса изгиба, разрешенного производителем (показан зеленым).
Изображение предоставлено LunchBox Sessions

Кроме того, убедитесь, что скорость дренажа корпуса и пилотных линий ограничена 1 футом в секунду или медленнее. Ни при каких обстоятельствах вы не должны рисковать повреждением внутренних частей насоса или элементов управления. По большей части вы можете быть более либеральны со скоростями напорных и обратных линий. Линии давления, такие как давление насоса и рабочие линии, могут находиться в диапазоне от 20 до 30 футов/сек и зависеть от давления. Системы с более высоким давлением больше подходят для более высоких скоростей, поскольку при перепаде давления по сравнению с максимальным давлением теряется меньше жидкости. Например, скорость 30 футов/сек в системе с давлением 4000 фунтов на квадратный дюйм менее проблематична, чем скорость 30 футов/сек в системе с давлением 1000 фунтов на квадратный дюйм.

Обратите внимание, что размеры возвратных линий также должны быть такими, чтобы ограничивать скорость, хотя и не в такой степени, как всасывающие линии. В этом случае разумно работать со скоростью около 6–10 футов в секунду, и основная цель состоит в том, чтобы ограничить противодавление в линиях резервуаров, клапанов и дренажных отверстиях картера, а также предотвратить избыточное давление в корпусах возвратных фильтров. Некоторое внимание следует уделить размеру трубопровода, несмотря на идеальную скорость жидкости. Маленькие линии более склонны к падению давления, поэтому избегайте очень маленьких линий всасывания, давления и возврата, даже если они соответствуют идеальному диапазону скоростей.

Рукав с малым внутренним диаметром подвергается более высоким силам трения со стороны жидкости, непропорционально протекающей через пограничный слой. И наоборот, шланг большего размера позволяет потоку проходить через центр и от стенок внутренней трубы. Кроме того, в возвратных и напорных линиях чаще возникают турбулентные потоки и рассеивание энергии, что приводит к падению давления. Если вы сомневаетесь, не экономьте на диаметре и рискуйте столкнуться с проблемами, возникающими из-за шлангов недостаточного размера. На практике при изготовлении комплекта шлангов для гидравлической машины обычно встречаются всасывающий шланг диаметром 2 дюйма, напорный шланг диаметром 3/4 дюйма, возвратный шланг диаметром 1 дюйм и сливной шланг корпуса диаметром 1/2 дюйма.

Не упускайте из виду концы шлангов

Сейчас мы окончательно определили тип конструкции, наиболее подходящий для гидравлического давления нашей машины, и усовершенствовали внутренний диаметр, чтобы он соответствовал потоку в системе; теперь нам нужно выбрать концы шлангов. В 2025 году вы — проектировщик гидравлики, так что давайте покончим с быком; мы будем выбирать только герметичные соединения с использованием уплотнений из синтетического каучука. Извините, NPT и JIC — вы молодцы, и я дорожу всеми нашими воспоминаниями, но это вы, а не я. Лицевая сторона уплотнительного кольца, бобышка уплотнительного кольца и фланцы предлагают гораздо больше в этом отношении.

ORFS быстро стал предпочтительным соединением, предлагая все преимущества типа JIC с герметичным соединением. Он доступен в различных размерах, с изгибами на концах шланга под углом 45° и 90°, а охватывающие концы оснащены поворотным механизмом для простоты установки. Легко заменяемое уплотнительное кольцо расположено на лицевой стороне охватываемого конца, что позволяет ускорить обслуживание в случае возникновения утечек.

Фланцевые фитинги, такие как распространенные модели SAE Code 61 и Code 62, обычно используются для соединений с высоким давлением и/или высоким расходом. Соединения с разъемными фланцами позволяют технику правильно выровнять конец шланга, чтобы избежать защемления или перекручивания, и, как и у фитинга ORFS, уплотнительное кольцо находится на охватываемом конце (внутреннего фланца нет, поскольку охватываемая поверхность прикрепляется к плоской соединительной поверхности, где расположен порт).

Обычно фитинг с уплотнительным кольцом используется в качестве промежуточного соединения с концом шланга. Подобно BSPP или метрическим, в них используется полимерное уплотнение, расположенное в верхней части резьбы порта, герметизированное полостью внутри резьбы порта (ORB) или приклеенной шайбой (BSPP и метрическая). Однако ORB редко используется в качестве конца шланга, поскольку для фитинга с наружной резьбой требуется дорогой вертлюг. Они доступны в прямом исполнении или под углом 90°, но многие дизайнеры предпочитают шланговые соединения с внутренней резьбой.

Чтобы смягчить гневные письма, я должен упомянуть, что некоторые машины с удовольствием используют фитинги JIC и NPT, и это совершенно нормально. Однако руководство этого дизайнера ориентировано на передовые технологии, и было бы упущением не предложить ничего, кроме концов шлангов со сменными уплотнениями. ORFS и фланцевые фитинги просто лучше, так что идите в ногу со временем и используйте их. Так, несмотря на то, что JIC легко использовать с системами развальцовки труб, многие производители предлагают двухкомпонентные трубные соединения для ORFS, к трубам также можно приваривать фланцевые фитинги. Кроме того, эта статья на самом деле посвящена шлангам в сборе, а не трубной сантехнике.

поскольку длина шланга может измениться при сильном скачке давления, важно обеспечить достаточную слабину для расширения.
Изображение предоставлено LunchBox Sessions

Макет и маршрутизация

Последнее соображение для проектировщиков гидравлики касается физического расположения шлангов в сборе на самой машине. Шланги заслуживают лучшего, чем просто соединение точки А с точкой Б. Их ориентация, расположение и установка должны предотвращать износ от трения, чрезмерное давление в соединениях и силы скручивания/крутящего момента. На фото показаны различные неправильные и правильные способы крепления гидравлических шлангов в сборе для предотвращения изгиба в обжимном соединении. Вес шланга ни в коем случае не должен сгибаться в том месте, где конец стального шланга защемляет крышку шланга. Если вес шланга вызывает провисание, используйте концы шланга под углом 90°, чтобы поддерживать изгиб и позволить шлангу свисать естественным образом.

Длина шланга должна быть достаточной, чтобы предотвратить напряжение во время соединения и затяжки, но не настолько, чтобы он мог тереться или вибрировать о шланг или другую поверхность. Длинные отрезки шлангов необходимо прикрепить к машине, используя одну из многих технологий. Производители предлагают блоки, седла, хомуты и различные приспособления, приваренные или прикрепленные к машине болтами, для аккуратного зажима шланга.

Для правильной поддержки шланга следует использовать хомуты. это предотвращает их раскачивание под давлением и исключает ненужную нагрузку на фитинги. Изображение предоставлено LunchBox Sessions

При установке отрезков шлангов в таких системах избегайте чрезмерного затягивания как хомута, так и шланга между соединениями. Чтобы управлять циклами давления и температуры, между каждой точкой соединения должен быть небольшой зазор, предотвращающий чрезмерное зажатие, которое может повредить покрытие или армирующий слой. Если невозможно предотвратить трение шлангов о твердые поверхности или другие шланги, установите каждый шланг с защитной оберткой, предназначенной для уменьшения износа и трения. Они также могут защитить от вредного воздействия окружающей среды или окружающей среды, такого как промышленные осадки или ультрафиолетовые лучи, а также их следует использовать, когда шланги прокладываются внутри каналов или балок.

Когда проектировщик гидравлики рассматривает свою роль как всеобъемлющую, каждый уровень конструкции машины — от исходной схемы до готового продукта — должен быть разумно спланирован и организован для максимально эффективного, экономичного и результативного проектирования. Шланги в сборе кажутся элементарными, но остальная часть машины не имеет большого значения, когда лопнувшие или поврежденные шланги досаждают вашей гидравлической системе.

Вам также может понравиться: