Основы расчета гидропривода машин. Учебно-методическое пособие

Проверка по допустимой скорости цилиндра: выполнена,

если ≤ [ ]

Давление в гидросистеме ( п. 2.8):

Распределение давления в гидросистеме определяется перепадом давления на гидроцилиндре и потерями давления в трубопроводах, на местных сопротивлениях и на гидроаппаратах, определяемых раздельно для напорной и сливной линий.

Расчетные зависимости для определения потерь:

трубопровода;

= ж 2 - потери давления в трубопроводах на

2

отдельных участках;

= ж 22- потери на местных сопротивлениях;

- общие потери давления на сливе;

2 = - давление на выходе из гидроцилиндра; Давление на входе в цилиндр при работе поршневой

полостью

1 = ( 0 + 2 1) /2

ц

при работе штоковой полостью

1 = ( 0 + 2 2) /1

ц

- общие потери давления на напорной линии;= + 1 - давление на выходе из насоса; проверка

по давлению: выполнена, если ≤ [ ] Выходные параметры привода( п. 2.9):

зс = - коэффициент запаса по скорости;

0

Наибольшее усилие, создаваемое гидроцилиндром: при работе поршневой полостью

21

= (([ ] − ) 1 − 2) ц;

при работе штоковой полостью

= (([ ] − ) 2 − 1) ц;

з = - коэффициент запаса по максимальному усилию;

0

= - наибольшая выходная мощность привода;

= [ ] - мощность, необходимая для привода насоса;

г = − − - гидравлический КПД привода;

= - общий КПД привода;

= − - потери мощности в гидравлической

системе;

[ ]

( ) = 0 - расчетный момент привода наcoca.

2

Расчеты параметров гидропривода целесообразно выполнять в системе электронных таблиц EXСEL.

3 Расчет параметров привода с гидромотором

3.1 Предварительный расчет

Как и для предыдущего случая на стадии предварительного расчета определяются основные параметры привода и выбираются основные аппараты.

Н а рис. 3 представлен типовой модуль гидросистемы с гидромотором

22

.

Рис. 3. Типовой модуль гидросистемы с гидромотором Исходными данными для расчета являются: крутящий

момент на валу гидромотора - М и частота вращения вала - n.

Как и для предыдущего случая следующий шаг - выбор давления.

Определяем необходимый рабочий объем гидромотора

2гм = Р

По справочникам и каталогам выбираем гидромотор заданного типа с рабочим объемом, близким к расчетному - q1.

Рассчитываем потребный расход, чтобы обеспечивалась необходимая по заданию частота вращения.

Qпотр = q1 n./ ηоб.г м

где ηоб.г м - объемный кпд гидромотора.

Далее расчет ведется как для привода с гидроцилиндром (см. выше).

23

3.2. 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 движения:

пр ≥ = + и + Т; при пр ≥ [ ],

Мпр - расчетный момент привода; Мс - момент сопротивления движению;

MG -момент от сил тяжести звеньев механизма и груза; Ми - момент инерции привода;

Т- момент сопротивления движению рабочего органа, определяемый выполняемым технологическим процессом;

пр- частота вращения выходного звена привода; [ ]- частота вращения привода, определяемая из условия

обеспечения заданной производительности.

Это условие определяет необходимую выходную мощность привода:

пр = пр(2пр).

Привод должен обеспечивать разгон и торможение рабочих органов машин и манипуляторов и длительное время удерживать их в заторможенном состоянии.

Для повышения производительности циклических исполнительных органов с преобладанием инерционных нагрузок привод должен обладать достаточной перегрузочной способностью.

24

Исполнительный орган должен с необходимой точностью отрабатывать сигналы системы управления. Для отработки заданных траекторий в режимах слежения и точного позиционирования рабочих органов скорость движения привода должна регулироваться в широком диапазоне с высокой точностью, вне зависимости от характера нагрузки. Характер переходных процессов при изменении скорости и остановке исполнительного органа в заданной позиции должен быть практически апериодическим.

Характеристика объемного гидропривода, т.е. зависимость скорости исполнительного механизма от нагрузки определяется параметрами насоса и гидродвигателя и выбранным способом регулирования.

Мощность привода при передаче энергии от силового двигателя к исполнительному механизму уменьшается за счет потерь на трение и утечки и определяется по следующим зависимостям

-на исполнительном механизме: 2пр;

-на валу гидромотора: 2пр ;

-на входе гидромотора: 2пр ;

мм ом

-на выходе насоса: 2пр ;

мм ом г ос

Вприведенных выражениях приняты обозначения: , -

рабочие объемы гидравлического мотора и насоса, , - частоты вращения насоса и мотора, , -гидромеханические КПД насоса и мотора, , - объемные КПД насоса и мотора, гидравлический и объемный КПД магистралей и аппаратов распределения и защиты, передаточное отношение и КПД редуктора, связывающего гидромотор с исполнительным механизмом.

Давление , необходимое для создания момента,

25

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

Ф - необходимый момент на выходном звене привода;ф - требуемая частота вращения выходного звена привода.

Для привода с объемной системой регулирования (или нерегулируемого) расчетные значения момента и скорости движения принимаются равными максимальным требуемым:

0 = Ф; 0 = ф

Для приводов с дроссельным регулированием без обратной связи по скорости привод рассчитывается на режим наибольшей мощности, для чего принимается:

коэффициент запаса на износ агрегатов, учитывающий снижение скорости привода при увеличении расхода утечек в результате износа.

Предварительная оценка параметров привода выполняется на основе исходных данных:

г КПД соответственно: гидравлического привода, редуктора, гидромотора полный;

= Г/ - расчетная мощность привода насоса,

-полный КПД насоса.

Параметры, зависящие от условий работы приводапринимаются в соответствии с исходными техническими

27

требованиями и техническим заданием на проектирование механизма:

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

- перепад температур между окружающим воздухом и жидкостью;

ж = + - расчетная рабочая температура жидкости; υ- вязкость рабочей жидкости, соответствующая расчетной

температуре жидкости;0- коэффициент теплоотдачи, соответствующий оп-

ределенным условиям охлаждения;- коэффициент использования привода по времени;

ж- плотность рабочей жидкости;

= Г/[ ]- расчетный расход рабочей жидкости;

Параметры гидравлических линий принимаются в основном из конструктивных соображений.

гс, гн- длины РВД сливной и напорной линий гидропривода;жс, жн- длины жесткого трубопровода сливной и напорной

линий; [ ] - 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

напорной линий.

Параметры привода насоса :

- мощность двигателя привода насоса;- номинальная частота вращения вала двигателя;

рк - передаточное отношение раздаточной коробки;

28

- частота вращения вала насоса;рк - КПД раздаточной коробки.

Расчет потерь давления в трубопроводах и на гидравлических аппаратах ведется на основе оценки режима течения .

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

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

режим течения жидкости - если Re > 2300 для 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

λ= 150/R e, для жесткого трубопровода λ = 7 5 / R e, при

турбулентном режиме

0.316= 4 .

√

Коэффициенты местных потерь ξ принимаются по таблицам и суммируются по участкам.

Расчет потерь на гидравлических аппаратах для напорной и сливной линий: потери давления принимаются по паспортным характеристикам гидравлических аппаратов при расчетном расходе.

Далее рассчитываются основные параметры насоса.

= - расход насоса в расчетном режиме

где 0 - рабочий объем насоса, (для регулируемых насосов - соответствующий расчетному давлению);

[ ] - максимальное рабочее давление по характеристике насоса;

- коэффициент подачи (объемный КПД насоса);- полный КПД насоса;= / -гидромеханический КПД насоса;

29

[ ] - допустимая частота вращения вала насоса в зависимости от условий всасывания;

Основные параметры гидромотора:

1 - рабочий объем гидромотора;

z - число гидромоторов, включенных параллельно на привод одного рабочего органа;

= 1 - суммарный рабочий объем гидромоторов

привода; - гидромеханический КПД гидромотора;

- полный КПД гидромотора;- объемный КПД гидромотора;

[ ] - номинальная частота вращения гидромотора;

= -расчетная частота вращения гидромотора;

проверка по допустимой частоте вращения гидромотора - выполнена, если ≤ [ ]

Параметры редуктора не относятся непосредственно к гидроприводу, но должны учитываться при уточненном расчете:

= / - расчетное передаточное отношение редуктора;

- принятое расчетное передаточное отношение;ф = / - фактическая частота вращения привода;

проверка по частоте вращения исполнительного органа - выполнена если ф ≥

- КПД редуктора.

Распределение давления в гидросистеме определяется перепадом давления на гидромоторе и потерями давления в

30