1.4.3. Определение утечек жидкости и рабочего расхода в напорной линии

Для определения требуемой подачи насоса необходимо знать величину утечек жидкости , которые возникают в гидроприводе вследствие наличия зазоров и неплотностей.

Общие утечки жидкости складываются из утечек во всей гидро- аппаратуре находящейся на напорной линии между насосом и гидродвигателем при рабочем ходе гидроцилиндра. Если величина утечки влияет на работу гидропривода, то она указывается в технической характеристике гидроаппарата.

Величина рабочего расхода в напорной линии при наличии в гидроприводе одного гидродвигателя равна .

При наличии в гидроприводе несколько гидродвигателей величина подачи насоса зависит от схемы включения гидродвигателей. При последовательной работе гидродвигателей подача насоса определяется по гидродвигателю, имеющему максимальный расход с учетом утечек жидкости в гидроаппаратуре на этой линии. Например, при расход в напорной линии равен . При параллельной работе гидродвигателей подача насоса определяется как сумма расходов каждого гидродвигателя и утечек жидкости в гидроаппаратуре .

1.4.4. Выбор трубопроводов

Элементы гидропривода, находящиеся на расстоянии друг от друга, соединяются между собой гидролиниями, состоящими из трубопроводов. Выбор трубопроводов (определение типов, длин, диаметров, видов соединений) зависит от номинального давления в гидроприводе, назначения трубопровода, пространственного расположения соединяемых узлов, условий эксплуатации машины и других факторов. В зависимости от назначения гидролинии различают на всасывающие, сливные, напорные и дренажные. При выполнении расчетов по проектированию объемного гидропривода расчету подлежат только напорная и сливная линии.

Внутренний диаметр трубопровода находят из уравнения неразрывности:

, (1.12)

где S_тр – площадь поперечного сечения трубопровода;  – допускаемая скорость движения рабочей жидкости; Q – наибольший расход на расчетном участке.

Выбор допускаемой скорости движения рабочей жидкости осуществляется на основе опыта, накопленного при проектировании гидроприводов. При больших скоростях уменьшаются масса и стоимость гидролиний, но увеличиваются потери давления на преодоление гидравлических сопротивлений. Считается, что скорость потока рабочей жидкости будет оптимальной в том случае, когда потери в трубопроводах не превышают 5–20% от . Исходя из этого требования, определены допускаемые скорости движения жидкости: во всасывающих трубопроводах 1,2 м/с; сливных – 2 м/с; напорных при давлениях до 2,5 МПа – 3 м/с; при p = 2,5–5,0 МПа – 4 м/с; при p = 5,0–10,0 МПа – 6 м/с; при p = 10,0–15,0 МПа – 10 м/с.

Расход в сливной линии для гидроцилиндра с двухсторонним штоком равен расходу в напорной линии Q_сл = Q_р; для гидроцилиндра с односторонним штоком, при работе цилиндра на выдвижение штока – Q_сл = Q_р / ; для гидроцилиндра с односторонним штоком, при работе цилиндра на втягивание штока – Q_сл = Q_р · .

Таким образом, зная расход жидкости в линии Q и задаваясь допускаемой скоростью , определяют внутренний диаметр трубопровода

.

Вычисленный диаметр округляют до ближайшего большего по соответствующим ГОСТам. Определение толщины стенок труб является поверочным расчетом на прочность труб, подобранных по ГОСТам. Если в них указан наружный диаметр d_н и приведена толщина стенки δ, то внутренний диаметр трубопровода определяют по выражению d_тр = d_н – 2δ.

Для соединения узлов гидропривода могут использоваться жесткие и эластические трубопроводы. Тип трубопровода, если он не указан в задании, выбирают в зависимости от назначения и режима работы гидросистемы с учетом таких факторов как вибропрочность, герметичность, масса, компенсация монтажных перекосов и т.д.

Жесткие трубопровода для гидроприводов машин в основном изготавливают из цельнотянутых труб (ГОСТ 8734-75, ГОСТ 9567-75), выполненных из сталей ст. 10 и ст. 20. Для гидросистем низкого давления могут быть применены сварные трубы (ГОСТ 10704-91, ГОСТ 10707-80), а для линий управления и подключения контрольных приборов – медные трубы (ГОСТ 11383-75).

Толщина стенки трубы δ (мм) определяется из условия обеспечения прочности при заданном номинальном давлении. Если трубы тонкостенные (d_н/  16), то толщина стенки определяется по выражению

,

где p – максимальное статическое давление в трубопроводе; [_в] – предел временного сопротивления материала трубы (при расчете прямых труб принимаем для стали ст. 10 [_в] = 33,4 МПа, стали ст. 20 – [_в] = 41,2 МПа, меди – [_в] = 19,6 МПа, для гнутых труб [_в] уменьшается на 25%); n = 3 – коэффициент запаса.

Если труба толстостенная (d_н/ < 16), то толщина стенки определяется по выражению

n,

где [_р] – допускаемое напряжение материала труб на разрыв (обычно принимается равным 30–35% от [_в]).

Вычисленное значение  должно быть меньше, чем толщина, принятая по соответствующим ГОСТам. Следует иметь в виду, что с учетом возможных механических повреждений толщина стенок стальных труб должна быть не менее 0,5 мм, а медных – не менее 0,8 мм.

В качестве эластичных трубопроводов используются резинотканевые рукава, а также рукава высокого давления с металлической оплеткой, изготавливаемые в соответствии с ГОСТ 10362-76, ГОСТ 18698-79, ГОСТ 6286-73 и другими нормативными документами.

По выбранному по ГОСТам диаметру трубопровода вычисляют фактическую скорость движения жидкости из формулы (1.8).