2.7 Выбор уплотнений гидроцилиндра

Уплотнения гидроприводов должны быть достаточно герметичными, надежными, удобными в монтаже, создавать минимальный уровень трения, иметь небольшие размеры, низкую стоимость и совместимость с рабочей средой.

Для уплотнения поршня гидроцилиндра, движущегося возвратно-поступательно выбираем кольца стальные круглого сечения для гидравлических устройств по ГОСТ 9515-81, Для уплотнения штока гидроцилиндра, движущегося возвратно-поступательно выбираем манжеты уплотнительные резиновые для гидравлических устройств по ГОСТ 14896-84 Для очистки от грязи поверхностей штоков гидроцилиндра установим грязесъемники резиновые по ГОСТ 24811-81.

3. Прочностной расчет гидроцилиндра

3.1 Расчет на прочность стенки гидроцилиндра

Расчет напряжений ведется в зависимости от типа напряженного состояния в стенке гидроцилиндра, которое зависит от способа закрепления. Напряженное состояние является плоским, в случае случае опоры на донную часть цилиндра

Рисунок 2 Схема крепления гидроцилиндра с опорой на донную часть

В этом случае можно найти осевое σ_z, радиальное σ_r и тангенциальное σ_t напряжения в произвольной точке сечения цилиндрической стенки:

,

,

,

Опасная точка лежит на внутренний поверхности цилиндра, тогда подставим значение r = r_в.

Эквивалентное напряжение по IV теории прочности:

Преобразовав, получим:

р – номинальное давление в гидроцилиндре, р = 6,3 МПа,

r_в – внутренний радиус цилиндра, r_в = 31,5 мм,

r_н – наружний радиус цилиндра,

r_н = r_в + t = 31,5 + 5 = 36,5 мм,

t – толщина стенки цилиндра, принимаем равной 5 мм.

Тогда эквивалентное напряжение равно:

МПа. - допускаемые напряжения, для литых цилиндров из углеродистой стали .

Условие прочности выполняется.

3.2 Расчет штока гидроцилиндра на устойчивость

Рисунок 3. Схема закрепления гидроцилиндра

Шток гидроцилиндра рассчитывают на устойчивость, исходя из того, что он является тонким стержнем, а упругостью корпуса гидроцилиндра можно пренебречь. При этом

критическая сила, при которой шток теряет устойчивость, выражается формулой Эйлера:

, где

Е – модуль упругости материала штока, для стального штока Е = 2·10⁵ МПа,

J – момент инерции сечения штока,

см⁴.

L_пр – приведенная длина стержня, определяется в зависимости от условий закрепления гидроцилиндра, L_пр = L = 700 мм.

=24,56·10³ Н = 24560 Н.

Условие устойчивости стержня:

F_кр > F,

где F – результирующая нагрузка на шток гидроцилиндра, F = 11056 Н.

F_кр = 24560 Н > F = 11056 Н Устойчивость штока обеспечена.

4 Тепловой расчет гидропривода

4.1 Расчет теплового режима

Определение осредненного приращения температуры (нагрева) жидкости на выделенном участке гидропривода или во всей гидросистеме можно произвести по упрощенной математической модели описания процесса приращения температуры жидкости.

,

где - начальная разница температур жидкости и окружающей среды,

N_T.H. – мощность источников тепловой энергии,

Р_Т.П. – удельная мощность теплоотдачи в окружающую среду при перепаде температур на 1^оС,

t = (3…4)/γ,

∆T_H = T_H – T_O,

γ = P_T.П./C_T,

C_T = m_ж∙с_ж+ m_c∙с_c,

T_H – начальная температура жидкости, 25 ⁰С

T_O – температура окружающей среды,

m_ж, m_c – массы жидкости и стенок,

с_ж, с_c – удельные теплоемкости жидкости и стенок.

Площадь поверхности бака будет равна:

,

Учитывая, что толщина стенки бака равна 3мм, объем стали затраченной на его изготовление будет равен:

Площадь поверхности трубопровода будет равна:

.

Объем стали для изготовления трубопровода будет равен:

.

Площадь поверхности гидроцилиндра:

.

Объем стали на изготовление цилиндра равен:

Удельная мощность теплоотдачи в окружающую среду при перепаде температур на 1⁰С:

,

где – коэффициент теплопередачи от жидкости через i – ю стенку в окружающее пространство,

При естественной циркуляции воздуха .

- площадь поверхности i – ой стенки,

.

Масса жидкости:

Масса стали:

.

Тогда .

.

Перепад температур:

.

Мощность источников тепловой энергии

N_T.И = N_В.И +∆ N,

где N_В.И – мощность теплового потока, поглощаемого от внешних источников,

∆ N – потери мощности в гидроприводе.

N_В.И = g_c∙F_ст∙α_ст,

где g_c – солнечная постоянная, g_c = 700 Вт/м²,

F_ст – площадь нагреваемой поверхности стенок.

α_ст – коэффициент черноты облучаемой поверхности, α_ст = 0,9 (для шероховатых

поверхностей).

.

∆ N = N_H – N_д,

где N_H – мощность на приводном валу насоса N_H = 1064,7 Вт

N_д – мощность на выходном валу звена гидродвигателя N_д = 564 Вт.

∆ N = 1064,7 – 564 = 500,7 Вт

Мощность источников тепловой энергии будет равна

.

Время достижения установившегося теплового режима:

.

Тогда осредненное приращение температуры жидкости в гидросистеме составляет:

.

Температура жидкости установившаяся после работы гидросистемы будет равна:

.

Полученное значение не превышает предельного значения температуры для масла [T_ж] = 60 ^oC, следовательно применение теплообменного аппарата не требуется.