2.5 Расчет гидроцилиндров

Поршневые гидроцилиндры двустороннего действия с односто­ронним штоком являются самыми распространенными гидродвигате­лями поступательного движения выходного звена.

Основными параметрами гидроцилиндров являются:

- усилие на штоке F,

- скорость штока V,

- диаметр поршня D,

- диаметр штока d и ход штока L.

Усилие на штоке, скорость штока и ход штока заданы, а диаметры поршня и штока рассчитываются.

Диаметр поршня гидроцилиндра со штоковой рабочей полостью (шток задвигается), определяют из уравнения равновесия сил, действующих на шток:

где D - диаметр поршня, м;

F - усилие на штоке, Н;

- номинальное давление, МПа,

- потери давления в напорной гидролинии;

- потери давления в сливной гидро­линии;

φ – коэффициент отношения диаметра штока к диаметру поршня.

Потери давления в напорной и сливной гидравлических линиях определены выше.

После подстановки исходных данных в формулу (2.14), получаем:

Кроме определения диаметров поршня и штока из условия обес­печения заданного усилия F, необходимо произвести еще расчет гид­роцилиндра по обеспечению заданной скорости движения штока V.

В этом случае диаметр поршня вторично определяется из уравне­ния неразрывности потока жидкости.

Для гидроцилиндра со штоковой рабочей полостью:

По известным значениям диаметров поршня, полученным по уравнениям (2.14) и (2.15), находим его среднее значение:

Основные параметры гидроцилиндров, в том числе диаметры поршня и штока, регламентируются ГОСТ 6540-68 "Гидроцилиндры и пневмоцилиндры. Ряды основных параметров" и другими норма­тивно-техническими документами, по которым и выбираются бли­жайшие к средним расчетным значениям диаметры поршня D и што­ка d

Выбираем гидроцилиндр общего назначения с параметрами:

Диаметр поршня D = 63 мм, диаметр штока d = 28 мм.

Действительное усилие на штоке гидроцилиндра с поршневой рабочей полостью, Н, определяется по формуле

Действительная скорость штока, м/с:

S_эф – эффективная площадь поршня, м²,

Для гидроцилиндра со штоковой рабочей полостью:

При этом действительная скорость поршня:

Проводим сравнение заданных и действительных величин значений скорости штока и усилия на штоке:

Поскольку полученные величины усилия на штоке и скорости штока не превышает заданных значений (не более 10%), перерасчет показателей не требуется.

2.6 Тепловой расчет гидропривода

Тепловой расчет гидропривода приводится с целью определения температуры рабочей жидкости, объема гидравлического бака и выяснения необходимости применения специальных теплообменных устройств. Основными причинами выделения тепла в гидроприводе являются: внутреннее трение рабочей жидкости, дросселирование жидкости при прохождении различных элементов гидропривода, трение в гидравлическом оборудовании и др. Количество тепла, выделяемое в гидроприводе в единицу времени, эквивалентно теряемой в гидроприводе мощности.

Тепловой расчет гидропривода ведется на основе уравнения теплового баланса:

Q_выд = Q_отв; (2.22)

где Q_выд - количество тепла, выделяемого гидроприводом в единицу времени (тепловой поток), Вт;

Q_отв - количество тепла, отводимого в единицу времени, Вт.

Количество выделяемого тепла, Вт, определяется по формуле:

ηгм - гидромеханический КПД гидропривода, /1/;

К_в - коэффициент продолжительности работы гидропривода, /1/;

К_д – коэффициент использования номинального давления, /1/,

Q_нд – действительная подача насоса,

ηн – полный КПД насоса, /1/.

Гидромеханический КПД насоса:

- гидромеханические КПД насоса и гидроцилиндра,

Принимаем /1/.

– гидравлический КПД гидропривода,

Количество отведенного тепла, Вт:

Kтп – коэффициент теплопередачи от рабочей жидкости в окружающий воздух, Вт/(м∙град),

Принимаем Kтп = 15 Вт/(м²∙град), /1/,

(tж – tо ) – разница температур рабочей жидкости и окружающего воздуха, град,

t_ж = 60ºC, t_o = 30ºC.

Sб , Sт – площади поверхностей бака и трубопроводов.

d – внутренний диаметр гидропривода, м;

δ – толщина стенки, м,

l – длина трубопровода, м,

Определяем площадь гидробака, м², из уравнения теплового баланса

Q_выд = Q_отв;

Объем гидробака определяется по формуле:

Данный объем не должен превышать 0,8…3 минутной подачи насоса, то есть

Следовательно, установка теплообменника не требуется.