3.3 Выбор гидравлической аппаратуры

Гидравлическая аппаратура (фильтры, распределители, делители потоков, дроссели, обратные, предохранительные, переливные, редукционные клапаны и прочие устройства) выбирается по расчетному рабочему давлению и максимальному расходу жидкости гидродвигателя в соответствующих таблицах методических указаний (часть П). При этом номинальные табличные значения давления и расхода (пропускной способности) каждого устройства должно быть выше расчетных значений соответствующих параметров гидродвигателя. Если через то или иное устройство гидросистемы проходит поток жидкости к двум параллельно подключенным и одновременно работающим гидродвигателям, то данное устройство выбирается по сумме их максимальных расходов и по наибольшему давлению одного из них. В гидросистемах с последовательно подключенными гидродвигателями устанавливаемая перед ними гидроаппаратура выбирается по сумме давлений в гидродвигателях и по максимальной пропускной способности одного из них.

Для каждого из выбранного устройства выписываются технические данные: номинальное давление, номинальный расход, потери (перепад) давления, тип управления (для распределителей), интервалы вязкости рекомендуемых рабочих жидкостей.

3.4 Расчет гидравлической сети

Расчет гидравлической сети сводится к определению диаметров стандартных труб при максимальном расходе жидкости и к подсчету потерь давления.

Диаметры трубопроводов определяются из условия обеспечения допустимых эксплуатационных скоростей _экс:

- всасывающие трубопроводы – 0,5…1,5 м/с;

- сливные трубопроводы – 2 м/с;

- нагнетательные трубопроводы при давлении до 2,5 МПа – 3 м/с, при давлении до 10 МПа – 5 м/с, при давлении более 15 МПа – 8…10 м/с.

Используя уравнение постоянства расхода, определяют диаметр трубопровода:

(3.7)

где d_р - внутренний диаметр трубопровода, м;

Q_max – максимальный расход, определяемый по уравнению (12) и (14), м³/с;

_экс – эксплуатационная скорость движения рабочей жидкости, м/с.

Полученный диаметр трубы d_р округляется до величины стандартизированного ряда d (приложение В), при этом должно быть d  d_р. После этого определяется скорость движения жидкости в принятых трубах:

. (3.8)

Таким образом, определяются диаметры и скорости для всасывающего, нагнетательного и сливного трубопроводов.

Определение потерь давления в гидросистеме производится по уравнению:

, (3.9)

где P_w – суммарные потери давления, МПа;

P_l – сумма потерь давления по длине во всасывающем, нагнетательном и сливном трубопроводах, МПа;

Р_м – сумма потерь давления в местных сопротивлениях (в гидроаппаратуре и фасонных частях трубопровода), МПа.

Потери давления по длине трубопровода определяются согласно формуле:

, МПа; (3.10)

где  - плотность, кг/м³;

g – ускорение силы тяжести, м/с²;

 - коэффициент Дарси;

l – длина соответствующей трубы,м;

d – диаметр трубы, м;

– скорость движения жидкости в трубе, м/с.

Коэффициент  зависит от режима движения жидкости, который в свою очередь характеризуется числом Рейнольдса Re:

, (3.11)

где  - кинематическая вязкость жидкости, м²/с.

При ламинарном режиме движения жидкости, когда Re  2300, коэффициент Дарси определяется по формуле Стокса:

 = 64/Re (3.12)

При турбулентном режиме движения, когда Re  2320, необходимо определить значения предельных чисел Рейнольдса Re_пр.н. и Re_пр.в.:

Re_пр.н.= 10d/_э – нижний предел, (3.13)

Re_пр.в.= 500d/_э – верхний предел, (3.14)

где _э – эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб.

Если 2320  Re  Re_пр.н., то коэффициент Дарси определяется по формуле Блазиуса для зоны “гидравлически” гладких труб:

 = 0,3164/Re^0,25 (3.15)

При Re_пр.н. Re  Re_пр.в. для определения  можно воспользоваться формулой Альтшуля для смешанной (доквадратичной) зоны:

  0,11  (_э/d  63/Re)^0,25 (3.16)

Если Re  Re_пр.в., то  можно определить по формуле Шифринсона (вполне “шероховатые трубы”):

 = 0,11  (_э/d)^0,25 (3.17)

Таким образом, определяются потери давления по длине во всасывающем, нагнетательном и сливном трубопроводах и заносятся в таблицу 3.2. Длину всасывающего трубопровода можно принять равной 1,5…2 м, а нагнетательного и сливного – половине заданной протяженности гидромагистрали.

Подсчет потерь давления в выбранной гидроаппаратуре (фильтры, клапаны и др.) можно производить, принимая квадратичный закон сопротивления, по уравнению:

Р_м = Р_ном  (Q_max/Q_ном)² , (3.18)

где Р_ном – номинальная потеря давления, указанная в технической характеристике гидроустройства при номинальном расходе Q_ном, МПа.

Суммарные потери давления в гидроаппаратуре для каждого участка гидросистемы заносятся в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 – Потери давления на участках гидросистемы

Участок гидросистемы	Потери давления, Мпа
	по длине, Pl	местные, Pм	общие, Pw
Всасывающий
Нагнетательный
Сливной
Сумма

Так как в гидроприводах трубопроводы относятся к коротким, то основные потери давления падают на местные сопротивления, в которых, как правило, имеет место квадратичный закон сопротивления. Поэтому сопротивление системы можно принять величиной постоянной, а уравнение (3.10) записать в виде:

Р_w = а  Q²_max , (3.19)

где a – сопротивление трубопровода.

Зная максимальный расход жидкости Q_max и сумму потерь давления P_w (из таблицы 3.2) определяется а:

a = P_w/Q²_max , МПас²/м⁶ . (3.20)

Общее давление в гидросети, необходимое для работы гидропривода, описывается уравнением:

P_c = z  P_д(ц) + a  Q² , (3.21)

где Р_с – общее давление в гидросети, МПа;

z – число последовательно соединенных одинаковых и одновременно работающих гидродвигателей;

Р_д(ц) – перепад рабочего давления в гидромоторе (силовом гидроцилиндре).

Задаваясь значениями расхода Q, по уравнению (3.22) строится напорная характеристика гидросети: P_с = f (Q)