Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Гидросистемы высоких давлений

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

24.10.2023

Размер:

9.28 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 1613 14 15 16 > Следующая >>>

Глава VI

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА И ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОМУЛЬТИПЛИКАТОРОВ

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ

Как указывалось ранее, надежность гидромультиплнкатора в основном зависит от работоспособности плунжерной пары. Для определения оптимальных параметров плунжерной пары, т. е. хода плунжера, длины гильзы и зазора между ними в зависи мости от диаметра плунжера и создаваемого давления, авторами

Рис. 60. Расчетная схема гидромультиплн катора

проведено специальное экспериментальное	исследование [10].
Был спроектирован, изготовлен и испытан	ряд прецизионных

плунжерных пар разных диаметров, в комплект каждой из кото рых входило несколько гильз с различными длинами и зазорами. Расчетная схема гидромультиплнкатора и его основные геометри ческие параметры приведены на рис. 60.

Оптимальные значения параметров плунжерной пары опреде лялись из условия ее работоспособности, т. е. по величине утеч ки жидкости через зазоры, износам, отсутствию прихватов и задиров. Результаты экспериментов приведены на рис. 61.

Для обобщения и анализа результатов опытов, упрощения расчетных зависимостей, а также с целью использования этих зависимостей для семейства геометрически подобных гидромуль типликаторов введем следующие безразмерные коэффициенты:

122

Ки=

коэффициент

плунжера;

(19)

К = ——коэффициент

гильзы;

(20)

KS=——коэффициент

зазора,

(21)

где

/ — хо д

плунжера;

d — диаметр плунжера;

h — длина гильзы;

s — радиальный

зазор между

плунжером

и гильзой.

На основании экспериментальных данных для плунжеров диа

метром 5—30 мм можно рекомендовать

значения

коэффициентов

плунжера

гильзы, приведенные в табл. 12, и зна

чения

коэффициента

зазора

= (4,0-4-4,8) • Ю - 4 .

Анализ экспериментальных

данных,

приведенных

на рис. 61 и в

табл. 12,

позволяет сделать следующие

выводы.

При

работе

плунжерной

пары,

имею

щей значения Кп

и Кт, ниже указанных

в табл. 12, наблюдаются

механические

прихваты или задиры вследствие не

достаточной длины гильзы и деформа

ции

плунжера

от

осевой

нагрузки,

а при увеличении зазора

резко

возра

стают

утечки, что сказывается

на объ

емном к. п. д. насоса. Для плунжерных

пар со значениями

Кп и Кг, выше

ука

занных

в таблице,

характерны завы

шенные конструктивные

размеры.

Рис.

61.

Зависимость

хода

При

высоких

давлениях

(выше

плунжера

и длины гильзы /

500

кгс/см2 )

на

подачу

гидромульти

от

диаметра

зазора

пликатора существенное

влияние

ока

рабочего давления р:

- о

о — гильза;

— X

X —

зывают

утечки,

сжимаемость

жидко-

плунжер

Таffлиц а 12

Значения коэффициентов Кп и

Кг

р ,

кгс/см2

р ,

кгс/см*

500

2,5

2,75

3000

5,25

5,78

1000

3,4

3,74

4000

5,75

6,325 -

•

2000

4,5

4,95

5000

6,25

6,875

123

сти, объем вредного пространства и деформации рабочих камер. В настоящее время нет единой методики, позволяющей опреде лить основные параметры гпдромультипликатора с учетом ука занных факторов. Далее приведена методика приближенного расчета параметров гпдромультипликатора, использованная ав торами при проектировании гидромультипликаторов ГМ-2000 и ГМ-4000.

При расчете диаметра плунжера гпдромультипликатора дол

жно быть задано	давление на выходе р, давление на	входе ри
требуемая подача	q п число ходов п.
Теоретический	объем q± в см3 жидкости, нагнетаемой	за один
ход плунжера, составляет
	q x = ^ l .	(22)

Расчетный объем заплунжерного пространства гпдромульти пликатора с учетом утечек, сжимаемости жидкости, влияния вредного пространства и деформации рабочих камер определя ется по формуле

V = - ^п^ -

= <7і-Д ^ с ж -

Д Vyr -

(23)

где

АѴСЖ—

уменьшение

объема

жидкости

за счет

сжатия

за

время одного хода в см3 ;

ДѴуТ — объем утечек через зазор

между

плунжером-гильзой

за время одного хода в см3 ;

АУВр — увеличение

объема

вреднего

пространства

за

счет

деформации рабочей камеры и плунжера

в см3 ;

q— подача гпдромультипликатора в л/мин.

Уменьшение объема жидкости за счет сжатия с учетом вред

ного пространства

Ьр

(а, +

Ѵв„)

Д ^ с ж =

(24)

где

Ар = р— РІ — разность давления

на выходе из

гидромульти

пликатора и на входе в него в кгс/см2 ;

РІ — давление насоса подпитки в кгс/см2 ;

Увр — объем

вредного

пространства

(принимается

конструктивно наименьшим) в см3 ;

Е—модуль

упругости

рабочей

жидкости

кгс/см2 .

При определении объема утечек следует учесть, что в резуль

тате приложения к плунжеру осевой сжимающей силы

(в кгс)

N=p!f,

•

(25)

последний испытывает поперечную деформацию, вследствие чего первоначальный зазор в плунжерной паре уменьшается. Абсо--

124

лютное значение поперечной деформации плунжера Ad в см мо жет быть найдено по известной формуле, которая с учетом соот ношения (25) имеет вид

Д й ? = р /

- g -

(26)

где

р/ — коэффициент Пуассона;

Е'—

модуль упругости материала

плунжера

в кгс/см2 .

Так как плунжер насоса может занимать по отношению к оси

гильзы эксцентричное положение, то утечки жидкости через за

зор между плунжером и гильзой определяем по формуле

А У Ѵ Т = 2,5 "Pls-Wtd

( 2 7 )

где

t — время одного хода насоса в с;

ц — динамическая

вязкость

жидкости в кгс • с/см2 .

Зазор между плунжером и гильзой с учетом

деформации

плунжера и уравнения

(21) будет

s~Ad =

Ksd

— \>.'

= d {KS—Р'

{ Г )

•

(28)

Увеличение объема вредного пространства выражается фор

мулой

Д Ѵ В

= ^ .

(29)

где Е"—

модуль упругости материала камеры в кгс/см2 .

Выражение для определения расчетного объема заплунжер-

ного пространства в развернутом виде получим, используя урав

нение

(23)

и зависимости

(19),

(20),

(22), (24), (27),

(28)

и (29):

d 2 l ( h p q i

I к р

Ѵ * Л

np{s—hd)4d

Рѵъу

12^!

nd2

- 2 5 —

^ - ^ ) 3 '

p V '

== 0,785tf3

В	3(AK,
АрѴвр	àpVBp

(30)

125

Решая уравнение (30) относительно диаметра, получим

	а=Л/Y						ірѴаѵ		рѴ„
					ѵ + -					(31)
		0,785 1 ^ , - ^ - 2 , 5 -						1	Е ]	(31)
	Найденный	по формуле (31) диаметр							плунжера	округляется
до ближайшего стандартного					размера.
	Зная диаметр плунжера,				по уравнениям (19),					(20) и (21)
находим ход плунжера, длину						гильзы и радиальный				зазор.
	Отношение наружного диаметра гильзы Di к									внутреннему
диаметру d определим			исходя			из теории			прочности:
		« =	- 5 І =	I	/	Г	1			(32)
		« =	- 5 І =		/	Г			'	(32)
			d		W	/ j _ р Уз			'
					W			°Э.ИН
где	р — давление внутри гильзы в кгс/см2 ;
	въ. вн — эквивалентное напряжение							на внутренней поверхно
	сти гильзы в кгс/см2 .
	Примем
							m			(33)
							m
где	o"s — предел текучести материала в кгс/см2 ;
	m — запас прочности.
	Уравнение	(32) с учетом зависимости							(33) примет вид
			а=\/				"-т^--			(34)

Эта формула позволяет рассчитать гильзу, работающую при давлениях, которые вызывают только упругие деформации.

Для определения остальных конструктивных параметров гидромультипликаторов воспользуемся следующими зависимо стями:

* " - i - 7 - f	•	( 3 5 >
где /См — коэффициент мультипликации;
F — рабочая площадь поршня в см2 ;
/ — рабочая площадь плунжера в см2 ;
Q — подача насоса низкого давления	(подпитки)	в л/мин.
Рабочая площадь поршня в см2
F = /См /=0,785 Кы&.		(36)

126

Подача насоса низкого давления в л/мин

	Q = CM<7/-	(37)
Диаметр штока	поршня гидромультипликатора	назначается
по конструктивным	соображениям, исходя из способа крепления
головки плунжера.	Проверке на прочность подвергается лишь

место крепления поршня к штоку. Зная диаметр, рабочую пло щадь поршня и площадь штока, определим площадь f 4 силово го цилиндра:

	^ +	/ ш =	^ = ^ п .	(38)
где / ш =	площадь	штока	в см2 ;
	4
	Ош — диаметр	штока	в см.
Решая	уравнение (38)	относительно диаметра		поршня Da,

с учетом уравнения (36) получаем
D^Vd^	+ Dl.		(39)
Полученный диаметр округляют до ближайшего			стандарт
ного.
Таким образом, по приведенной методике можно			подсчитать
параметры гидромультипликатора	требуемых	производительно
сти и давления. Пользуясь ранее	полученными	зависимостями,

при найденном диаметре плунжера и заданном давлении можно определить и объемный к. п. д. насоса с учетом сжимаемости жидкости, влияния вредного пространства, деформации рабочих камер и плунжера по уравнению

т/	Р {Ks — V-' —Y t
L 0,785rf3/<:nп \ЕI Е 1 Е" )J 1 Е 1	^КпКг
	(40)

Для расчета и проектирования гидромультипликатора необ ходимо иметь его выходные характеристики: наибольшее давле ние р и подачу q при определенном числе ходов п, а также дав ление подпиточного насоса р\ и марку рабочей жидкости.

Пример. Пусть необходимо спроектировать гидромультипликатор со сле

дующими	исходными	данными: р = 3	0 0 0	кгс/см2 ; (7=0,5 л/мин;	/ і = 7 0 ходов
в минуту;	рі = 50 кгс/см2, рабочая		жидкость — масло АУ с		температурой
2 8 - 3 0 ° С.
По формуле (23)		определим рабочий		объем заплунжерного	пространства

„0,5-1000

Ѵ = ~Ч^

= 7,14 смз.

127

Для определения диаметра плунжера воспользуемся уравнением (31). Предварительно определяем увеличение давления в гидромультппликаторе

		Ар = р— Р		і = 3000 — 50 = 2950 кгс/см2 .
Объем вредного пространства по конструктивным соображениям прини
маем У„р = 3 см3 . Модуль упругости рабочей жидкости									при давлении р=
= 3000 кгс/см2 будет			£ ' = 2 3 200 кгс/см2 . Модуль					упругости материала			плун
жера (легированная		сталь) £ ' = 2,1-10° кгс/см2 ,						модуль	упругости	материала
камеры (углеродистая			сталь)	£" = 2-106		кгс/см2		и коэффициент		Пуассона
(.і'=0,25ч-0,30.	Динамическая				вязкость		рабочей		жидкости		\|х =
= 0,000157 кгс-с/см2		[11].
Коэффициенты плунжера п гильзы согласно табл. 12 принимаем /<п											= 5,25,
Кг=5,78, а коэффициент зазора Я 5					= 4,2-10~4.
Подставляя данные в формулу					(31), получаем
					d
'					2950-3		3000-3
з / /			7,14 + 23 200			+	2-106
							/		3000	\3	п
			™_	, „.	3000		4,2-10-4—0,27			0,85
0,785	, 2 Z _		2950-5,25 _ п			\			2,1-106 ) '
			23200		*"°		3-0,000157-5,78
				=	1,278 см.
Округляем значение диаметра d до ближайшего стандартного, т. е. при
нимаем d= 13 мм.
Из соотношений		(19) — (21) находим

/=/С п гі=5,25 - 13=68,25 мм;

/, = /Crd=5,78-13=74,15 мм;

s=/<s d=0,00042-13 = 0,00546 мм.

Определим	наружный диаметр		гильзы по формуле (34), приняв для ста
ли ХВГ crs = 8500 кгс/см2 ; т—1,5, тогда
		—	8500	=4,46 см.
			—
	/	8500— 1,73-1,5-3000

Округляем	значение диаметра		гильзы до ближайшего стандартного, т. е.
принимаем Di =45 мм.
По формуле (35) рассчитаем коэффициент				мультипликации
			3000 с п

Рабочую площадь поршня найдем по формуле (36):

F= 0,785 • 60 • 1,32 = 101,4 см2 .

Подачу подпиточного насоса определим по формуле (37) : Q = 60-0,5 = 30 л/мин.

Исходя из конструктивных соображении крепления головки плунжера, принимаем диаметр штока поршня £>ш = 3,2 см.

128

Подставляя наиденные значения соответствующих величин в уравнение (39), определяем диаметра поршня

£>„ = /1,32-60 + 3,22 = ю, 5 см.

Для удобства проектирования найденные значения основных параметров запишем в табл. 13.

Таблица 13

Основные расчетные и конструктивные параметры гидромультипликатора

р	Рі	d	1	и	Q	Q
	Л ходов
	в	мину			мкм
		ту			мкм
к г с / с м :		ту			л/мин
к г с / с м :		мм			л/мин

3000 50 70 13 45 32 105 68,25 75,15 5,5 0,5 30

Таким образом, определены основные конструктивные размеры, по кото рым можно проектировать гидромультипликатор.

Поверочный расчет. Объем жидкости, вытесненной плунжером высокого давления за один ход составит

<7i=0,785d2/=0,785- 1,32- 6,825 = 9 см3 .

Объем всего заплунжерного пространства

<?'=<7, + Ѵ в р = 9+3=12 см3 .

Сжатие жидкости заплунжерного пространства согласно формуле (24):

АѴСЖ		3000-12		, г г „	,
АѴСЖ	=	23 200	=	1,552 смЗ.
Таким образом, подача	насоса при р=3000				кгс/см2 и « = 7 0 ходов в ми

нуту без учета утечек составит

q=(ql — AVcm)n= (9— 1,552)70=521 см3 /мин,

•что соответствует расчетным исходным данным.

ЭЛЕМЕНТЫ ДИНАМИКИ

Анализ динамических явлений, сопровождающих переходные режимы работы объемного гидропривода, представляет слож ную, окончательно не решенную задачу. Основные положения этого анализа разработаны в трудах д-ра техн. наук В. Н. Про кофьева [19, 20]. Однако особенности динамики гидросистем вы сокого давления с гидромультипликаторами изучены еще недо статочно.

129

Рассмотрим движение поршня-плунжера гидромультнплика тора двойного действия при ходе в одном направлении, при этом задачу будем решать только в первом приближении.

Принципиальная расчетная схема гидросистемы с гндромультиплнкатором, применяемой для испытания сосудов на высокие давления, показана на рис. 62. Рабочая жидкость подается насо сом низкого давления 1 через систему трубопроводов, управля ющих и распределительных устройств одновременно в силовой

Рис. 62. Расчетная схема системы с гпдромультпплнкатором

цилиндр к поршню 2 и плунжеру 3, в результате этого подвижная система поршень — плунжер перемещается и создает в полости за левым плунжером 4 высокое давление. Рабочая жидкость под высоким давлением подается в испытуемый сосуд 5, а из левой полости силового цилиндра вытесняется в сливную магистраль. После достижения плунжером 4 крайнего левого положения рас пределительная аппаратура изменит направление потока жидко сти и поршень и плунжер будут двигаться в обратном направ лении.

Чтобы установить закон движения поршня и плунжера гид ромультипликатора в одном из направлений, рассмотрим рабо

ту всех элементов гидросистемы и	проанализируем движение
рабочей жидкости в них [11].
Для решения данной задачи введем следующие упрощающие
предположения:
1. Давления в масляном баке ро,	на выходе из насоса рі и в

испытуемом сосуде ръ поддерживаются постоянными, не изменя ющимися по времени.

Давления рі и р5 поддерживаются постоянными соответству-

139

ющен настройкой предохранительных клапанов на заданное дав ление, а давление р0 — постоянно вследствие того, что масляный бак сообщается с атмосферой.

2.Все активные силы и силы сопротивления приведены к го ризонтальной оси поршня-плунжера. При этом силу трения при нимаем пропорциональной весу поршня-плунжера и не завися щей от его скорости.

3.Упругостью жидкости и трубопроводов на участках гидро системы с низким давлением пренебрегаем. Упругостью испы туемого сосуда и трубопроводов, соединяющих его с гидромуль типликатором, вследствие их толстостенности также пренебрега ем. Сжимаемость жидкости на этом участке гидросистемы учитываем изменением ее плотности под действием давления.

4.Открытие проходных сечений клапанов считаем мгно венным.

5.Предполагаем, что утечки жидкости в гидромультиплика торе, в управляющих и распределительных устройствах отсутст вуют.

Для установления связи между скоростью, давлением и уско рением жидкости на различных участках гидросистемы восполь зуемся уравнением Бернуллн для неустановившегося движения реальной жидкости.

Скорость V и ускорение — жидкости в трубопроводе свя заны с ее расходом следующими соотношениями:

„, 4 < ?т .

		dv	4	dQr			(41)

		dt	JtdT 2	dt
где	QT	— расход жидкости через трубопровод;
	rfT	— диаметр трубопровода.		на	участке трубопровода		от
Расход жидкости (без			утечек)
сечения		I — / (см. рис. 62)	до сечения		II—II	обозначим через	Qn .
В сечении // — // поток жидкости				делится на два: один с расхо
дом	Q поступает в силовой цилиндр				под	поршень 2 и второй —

с расходом q поступает в цилиндр плунжера 3 высокого давле ния. Таким образом,

Q« = Q + q.	(42)
Напишем уравнение Бернулли для неустановившегося	движе

ния жидкости между сечениями /—/ и //—//, выразив скорость через расход по формуле (41) :

• 7	П	*°-2g І 4 Т		1 4 Т « ds "Г d , "Г а ,	^ j T
		+	Kd"i	d\) dt	(43)
			Kd"i	d\) dt	У

131

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 1613 14 15 16 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ