Основы расчета гидропривода машин. Учебно-методическое пособие

чертежу или эскизу общего вида машины установить расположение гидрооборудования и определить ориентировочные длины трубопроводов всасывающей, напорной и сливной магистралей. По гидравлической монтажной схеме определяются виды и количество местных сопротивлений. На практике необходимо напорный и сливной трубопровод ы разбивать на отдельные участки с различными материалами (трубы и рези - новые рукава), диаметрами трубопроводов и скоростями течения жидкости.

Гидравлические потери рассчитываются отдельно для всасывающего, напорного и сливного трубопроводов (магистралей) для летнего и зимнего типов масла. (рис.1).

Рис.1 Схема расположения гидролиний

2 . Расчет параметров привода с гидроцилиндрами

2.1 Предварительный расчет

На стадии предварительного расчета определяются основные параметры привода и выбираются основные аппараты.

На рис. 2 представлен типовой модуль гидросистемы с гидроцилиндром.

11

Рис.2 типовой модуль гидросистемы с гидроцилиндром Исходными данными для расчета являются: усилие на

штоке -F гидроцилиндра скорость его хода -V.

Следующим шагом является выбор рабочего давления -P. Желательно, чтобы его значение выбиралось из стандартного

устойчивость ( см. гл.3).

В зависимости от того какая полость у гидроцилиндра рабочая рассчитывается её плошадь.

= ⁄ ;

Определяем диаметр поршня -D При работе поршневой полостью

4= √

При работе штоковой полостью

= √4 + 2 ;

12

Значения диаметров следует выбирать из размерного ряда (см. гл 3).

Уточняем значение рабочей площади гидроцилиндра

21 = 4

Определяем потребный расход насоса для обеспечения заданной скорости движения штока

Qпотр = V S1

Определяем рабочий объем насоса qн (объемную постоянную)

qн = Qпотр/ n

где n - частота вращения вала приводного двигателя насоса.

Рассчитываем мощность приводного двигателя Nдв

Nдв = Р Qпотр/η

где η = общий кпд привода.

Для нового привода с объемным регулированием для предварительного расчета можно принять η =0,85

По значению рабочего объема выбираем насос исходя из условий технического задания на проект (шестеренный, аксиально-поршневой и пр.)

Уточняем значение расхода

Q1 = n qн1 ηоб

где qн1 - рабочий объем выбранного насоса, ηоб - объемный кпд насоса.

Для предварительного расчета можно принять ηоб = 0,9. Определяем условный проход гидролиний

где u- допустимая скорость потока .

13

Для этапа предварительного расчета можно принять: для напорных и сливных трубопроводов - u ≈ 5 м/сек; для всасывающих трубопроводов - u ≈ 1, 5 м/сек

Выбираем условный проход как ближайшее к полученному результату значение из стандартного ряда

Определяем потребную емкость бака

Wб ≈ 3 Qп отр1

По расходу и давлению подбираем аппараты.

2.2. Уточненный расчет

Основное требование к качеству привода: соответствие его выходной характеристики, т.е. зависимости скорости выходного звена привода от сопротивления движению и от управляющих воздействий системы управления, режиму нагружения исполнительного механизма. Для обеспечения работоспособности привода и требуемой производительности необходимо, чтобы усилие, создаваемое приводом, было достаточно для преодоления внешних сопротивлений, силы тяжести рабочего органа и груза, сил инерции привода, рабочего органа и груза при заданной скорости

расчетное усилие привода, Fc - сила сопротивления движению, FG - сила тяжести звеньев механизма и груза, Fи - сила инерции привода и груза, FT - сила сопротивления, определяемая выполняемым технологическим процессом, unp - скорость движения исполнительного звена привода, [u] - скорость исполнительного звена привода, определяемая из условия обеспечения заданной производительности.

Эти условия определяют необходимую выходную мощность привода:

пр = пр пр

Здесь и далее приняты следующие обозначения:

14

н- рабочий объем насоса, - частота вращения вала насоса, мн- гидромеханический КПД насоса, н- объемный КПД насоса, мц- гидромеханический КПД гидроцилиндра,

, - гидравлический и объемный КПД магистралей и аппаратуры распределения и защиты,

1; 2- потери давления на напорной и сливной линиях, включая потери на гидроаппаратах, А — площадь рабочей полости гидроцилиндра.

Величина давления рн ограничивается установкой в гидросистеме предохранительного клапана, настроенного на

давление к = (1.2 ÷ 1.6)[ ] ≤ , где - максимальное давление для гидроагрегатов. При закрытом клапане момент на двигателе привода насоса

н н

определяется давлением в напорной линии:Мн = .

2мн

Для гидравлического привода, включающего насос и

Приведенные зависимости определяют принципиальные возможности создания необходимой для работы конкретного механизма выходной

характеристики, т.е. зависимости скорости гидродвигателя от управляющих воздействий и нагрузки:

На начальной стадии проектирования точное определение нагрузок и сопротивлений движению невозможно, т.к. неизвестно фактическое распределение масс, действительный характер изменения скорости в переходных процессах, потери энергии в гидравлических и механических элементах привода, механические и регулировочные характеристики привода и системы управления.

15

Сопротивление движению привода с гидроцилиндрами определяется как сумма F = FH + FCT, где FH = ma - усилие, необходимое для создания ускорения, FCT - усилие, необходимое для преодоления статических сил сопротивления движению.

В общем случае ст = + + тр, FG - составляющая сил тяжести, приведенная к штоку, Fp - усилие от технологического процесса, Fтр- составляющая сил трения. Для предварительных расчетов принимают, что в процессе разгона и торможения ускорение привода постоянно.

Мощность гидравлического привода при разгоне:

= (и + ст) ⁄ , - коэффициент полезного действия передаточного механизма. Скорость установившегося движения u выбирают, исходя из необходимого времени на операцию и хода S:

2 + =

Для определения параметров привода с объемной системой регулирования и предварительного выбора гидравлической аппаратуры исходными являются полученные в результате предварительного расчета значения нагрузок и скорости гидроцилиндра:

F0 = F, uo = u.

Исходные параметры для расчета гидравлического привода принимаются в соответствие с результатами расчета сопротивлений движению для наиболее тяжелых режимов нагружения и необходимой для обеспечения заданной производительности скорости движения приводимого гидравлическим цилиндром механизма:

ф- необходимое усилие гидроцилиндра; принимаем ф = 5000 н (усилие на внешнем рычаге)

ф- требуемая скорость движения гидроцилиндра; принимаем ф = 0.2 м/сек

16

Расчетная скорость гидроцилиндра = 0 , - коэффициент запаса на износ агрегатов, учитывающий снижение скорости привода при увеличении расхода утечек в результате износа гидроагрегатов.

Рабочая полость определяется направлением действия силы сопротивления движению цилиндра: если цилиндр при работе сжат, то рабочей полостью является поршневая, если растянут, то штоковая.

= 1- коэффициент гидроцилиндра, здесь -площадь

1/, если рабочая полость - поршневая и = если штоковая.

z- число гидроцилиндров, включенных параллельно на привод одного рабочего органа; в нашем случае 2.

Предварительная оценка параметров привода выполняется

принимаются в соответствии с исходными техническими требованиями и техническим заданием на проектирование механизма ( п. 2.2):

[р] - расчетное давление жидкости в гидросистеме;- расчетная температура воздуха;

- перепад температур между окружающим воздухом и жидкостью;

17

- сорт рабочей жидкости выбирается в зависимости от условий работы гидропривода;

ж = + - расчетная рабочая температура жидкости;

V - вязкость рабочей жидкости, соответствующая расчетной температуре жидкости;

0- коэффициент теплоотдачи, соответствующий определенным условиям охлаждения;

- коэффициент использования привода по времени;ж- плотность рабочей жидкости;

= г /[ ]- расчетный расход рабочей жидкости в

напорной линии;= - расчетный расход в сливной линии.

Подбираем параметры гидравлических линий (шлангов и трубопроводов) ( п.2.3):

ГС, ГН- длины РВД сливной и напорной линий гидропривода;

ЖС, ЖН - длины жесткого трубопровода сливной и напорной линий;

[u]- расчетная скорость жидкости в трубопроводе, принимается в зависимости от расчетного давления в системе: до 10МПа - 3м/с, 16МПа - 5м/с, более 20МПа - 7м/с;

= √4[]- расчетный диаметр трубопровода;

гс, гн-диаметры РВД сливной и напорной линий;ЖС, ЖН- диаметры жесткого трубопровода сливной и

напо

Далее выбираются параметры привода насоса (см. п.2.4

таблицы)

Ne - мощность двигателя привода насоса;

- номинальная частота вращения вала двигателя;

18

- передаточное отношение раздаточной коробки (если есть);- частота вращения вала насоса;- КПД раздаточной коробки.

Следующий этап предполагает расчет потерь давления в трубопроводах и на гидравлических аппаратах (п.2.5)

Исходные данные для определения потерь давления:-расчетный расход рабочей жидкости;

= 4 -число Рейнольдса, которое определяется для отдельных участков трубопровода;

режим течения жидкости - если Re > 2300для жестких трубопроводов, или Re > 1600 для РВД, то режим течения жидкости турбулентный, в противном случае - ламинарный;

λ - коэффициент потерь давления по длине; при ламинарном режиме течения жидкости для РВД = 150 / Re, для жесткого трубопровода λ = 75 / Re, при турбулентном режиме

0.316= 4

√

Расчет суммы коэффициентов местных сопротивлений ξ, коэффициенты местных потерь принимаются по таблицам

и суммируются по участкам.

Расчет потерь на гидравлических аппаратах в напорной и сливной линиях: принимаются по паспортным характеристикам гидравлических аппаратов при расчетном расходе.

Основные параметры насоса ( п. 2.6).

0 - рабочий объем насоса (для регулируемых насосов - соответствующий расчетному давлению), выбираемого по расчетной мощности;

[ ]- максимальное рабочее давление по характеристике

насоса;

0 - коэффициент подачи (объемный КПД насоса);

19

-полный КПД насоса:

= /0 - гидромеханический КПД насоса; [ ]- допустимая частота вращения вала насоса в за-

висимости от условий всасывания; проверка по допустимой частоте вращения: выполнена,

Диаметр поршня цилиндра принимается по таблицам равным или большим расчетного.

Расчетный диаметр штока ш = п (1 − 1)

Реальный диаметр штока цилиндра принимается по таблицам. Суммарная площадь поршней цилиндров

с-гидромеханический КПД цилиндра.

[ ]- номинальная скорость цилиндра (по паспортным

данным).

Номинальная скорость цилиндра при работе поршневой полостью:

u = Q H / А1 .

Номинальная скорость цилиндра при работе штоковой полостью:

U = Q H / А 2 .

20