metodakr

130

В связи с повышением качества изготовления гидролиний скорость рабочей жидкости в напорных линиях допускается принимать в зависимости от рабочего давления в следующих пределах [4]:

При выборе внутреннего диаметра трубопровода необходимо учитывать соответствие его значений стандартному ряду ГОСТ 8734-75 (8; 10; 12; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80 мм).

После определения значения условного прохода DУ в соответствии с ГОСТ необходимо уточнить фактическую скорость движения рабочей жидкости в трубопроводах.

Фактическая скорость движения в трубопроводе может быть определена по формуле

где υФ – фактическая скорость во всасывающем трубопроводе; QН – расход ( производительность насоса );

DУ – условный проход всасывающего трубопровода, принятый по ГОСТу.

В системе гидропривода применяют жесткие и гибкие трубы. Наиболее употребительны: жесткие трубы стальные бесшовные холоднодеформируемые при DУ < 30 мм; горячекатанные – при DУ > 30 мм. Материал таких труб – сталь 10 и сталь 20.

Для дренажных линий и линий управления с давлением до 6 МПа применяют тонкостенные трубы медные, из алюминиевых сплавов – при давлениях до 0,64 МПа и винилпластовые трубы – при давлениях до

0,6 МПа.

В случае применения стальных или медных труб необходимо произвести расчет этих труб на прочность. Расчет на прочность сводится к определению толщины стенок δ, рассчитываемой по формуле

131

где P – максимальное давление рабочей жидкости;

σ – допускаемое напряжение материала трубы на разрыв; DУ – внутренний диаметр трубопровода.

Допускаемое напряжение принимается для труб:

− из стали 20, 35, 40 σ = 400 ÷ 500 МПа;

− из цветных металлов и сплавов σ = 200 ÷ 250 МПа.

Если расчетное значение σ оказалось малым, то, учитывая возможность внешних механических повреждений, это значение в любом случае не следует выбирать менее 0,8 ÷ 1,0 мм для цветных металлов и 0,5 мм – для стали.

Гибкие трубопроводы применяют для соединения элементов гидропривода, которые расположены на подвижных частях и могут перемещаться относительно друг друга.

В качестве гибкого трубопровода в основном применяют резинотканевые шланги, называемые рукавами высокого давления (РВД) . В зависимости от количества металлических оплеток рукава высокого давления делятся на три типа:

−I тип – с одной металлической оплеткой, рассчитанной на давление до 20 МПа;

−II тип – с двойной оплеткой, рассчитанной на давление до

30МПа;

−III тип – с тройной оплеткой, применяемой для высоких давлений при внутреннем диаметре до 40 МПа.

Основные размеры РВД приведены в ГОСТ 6286 – 73.

Для заданных условий работы гидросистемы гибкие трубопроводы могут быть выбраны в специальной литературе.

Рукава навивочной конструкции типов РВД-20, РВД-25, РВД-32 применяются в гидросистемах с рабочим давлением 16 ÷ 25 МПа при работе на маслах МГ-15В, МГ-46Б, И-20А, И-30А в температурном диапазоне 50 ÷ 100 °С.

При монтаже гидролиний необходимо соблюдать следующие требования:

− не допускаются вмятины на трубах и искажение их цилиндричности;

132

−радиус изгиба жестких трубопроводов должен соответствовать условию: R ≥ (4 ÷ 6) dН, где dН – наружный диаметр трубы;

−радиус изгиба рукавов зависит от типа рукава и в среднем

принимается из соображений: R ≥ (12 ÷ 18) dВ, где dВ – внутренний диаметр трубопровода;

−присоединение трубопроводов к вращающимся узлам гидропривода должно производиться с помощью специальных шарнирных соединений, имеющих одну, две и более степеней свободы.

8ПОТЕРИ НАПОРА (ДАВЛЕНИЯ) В СИСТЕМЕ ГИДРОПРИВОДА

При движении жидкости по трубопроводам гидропривода, а также при прохождении жидкости через контрольно-регулирующую аппаратуру происходят потери напора. Поэтому давление выбранного насоса должно быть достаточным для обеспечения необходимого усилия и преодоления потерь напора, возникающих в трубопроводах, клапанах, дросселях и т.д.

Суммарные потери давления в гидросистеме гидропривода P определяются по зависимости

где ∑ΔΡТР – потери давления при трении движущейся рабочей жидкости в трубопроводах; ∑ΔΡМ – потери давления в местных сопротивлениях трубопроводов;

∑ΔΡГ – потери давления в гидроаппаратуре.

При этом потери давления на трение, в свою очередь, определяются по формуле

где γ – объемный вес рабочей жидкости; λ – коэффициент сопротивления трения;

DУ – внутренний диаметр трубопровода (условный проход); l – длина участка трубопровода без местных сопротивлений;

133

υ – скорость движения рабочей жидкости на рассматриваемом участке;

g – ускорение свободного падения.

Для определения коэффициента сопротивления трения предварительно определяется число Рейнольдса

зависит от конструктивной формы канала, наличия внешних возмущений и т.д. Значение критического числа ReКР для некоторых конструктивных форм трубопровода, применяемых в гидроприводе, при практических расчетах можно принимать в соответствии с таблицей 8.1.

Таблица 8.1 – Значения критических чисел Рейнольдса

При ламинарном режиме движения коэффициент λ определяется по следующим формулам:

− для гладких труб и шлангов без резких сужений и изгибов

− для труб со вмятинами, уменьшающими сечение на 40 ÷ 50 %

134

При турбулентном режиме при значениях критерия Рейнольдса 2300 < Re < 10000, коэффициент сопротивления для металлических труб может быть определен по формуле Блазиуса:

− для медных и латунных труб

Re > 10000 коэффициент сопротивления для стальных труб определяется по формуле

135

В вышеприведенной формуле (8.1) потери давления в местных сопротивлениях определяются из соотношения

гдеζМ – коэффициент местного сопротивления, численное значение которого может быть определено из справочной и учебной литературы [1, 6]; некоторые значения коэффициентов местных сопротивлений приведены в таблице 8.3;

b – поправочный коэффициент, приближенно учитывающий при ламинарном режиме зависимость коэффициентов местного сопротивления от критерия Re. При турбулентном режиме коэффициент ζМ не зависит от числа Re и поэтому коэффициент b = 1,0. Значение коэффициента b может быть определено по графику (рисунок 8.1).

Рисунок 8.1 – Зависимость поправочного коэффициента b = f(Re)

136

При определении местных потерь давления считают, что гидравлическая схема гидропривода известна, тогда тип и число местных сопротивлений можно определить на каждом отдельном участке гидропривода по схеме. При этом необходимо учитывать все повороты трубопроводов, изменение сечения трубопроводов, установку контрольнорегулирующей и распределительной аппаратуры, вспомогательных элементов гидропривода.

Таблица 8.3 – Значения коэффициентов местных сопротивлений для клапанов и соединений

Примечания: r – радиус трубопровода; R – радиус поворота трубопровода

137

Потери рабочего давления при прохождении рабочей жидкости через контрольно-регулирующую, распределительную и вспомогательную аппаратуру ΔΡГ определяются в соответствии с принятой схемой гидропривода. Величина потерь давления в гидроаппаратуре принимается из их технических характеристик или определяется расчетом местных потерь давления в гидроаппаратуре. Для этого необходимо учесть коэффициент местных сопротивлений гидроаппаратуры (таблица 8.3).

При расчете местных потерь давления можно объединить коэффициенты местных сопротивлений трубопроводов и гидроаппаратуры и получить общие результаты или считать отдельно.

9ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД ГИДРОПРИВОДА И ФАКТИЧЕСКОГО УСИЛИЯ НА ШТОКЕ ГИДРОЦИЛИНДРА

Зная величину гидравлических потерь P, можно определить фактическое давление на поршень гидроцилиндра:

т.е. фактическое давление на поршень гидроцилиндра будет меньше давления, развиваемого насосом.

Потери давления в системе гидропривода оцениваются гидравлическим КПД:

где PН – давление, развиваемое насосом;

PЦ – давление в гидроцилиндре.

Обычно среднее расчетное значение ηГ колеблется в пределах

0,85 ÷ 0,95.

Объемные потери в гидроприводе происходят вследствие утечек жидкости через зазоры в элементах гидропривода. Примером объемных потерь может служить утечка жидкости в рабочем цилиндре между стенками цилиндра и плунжером, утечка жидкости в насосе, золотнике.

Общие потери жидкости в гидросистеме складываются из потерь в насосе qН , потерь в цилиндре гидродвигателя qЦ, потерь в золотнике qЗ:

138

Каждый из перечисленных видов потерь можно выразить через утечку, которая представляет величину утечки в л/мин, отнесенную к давлению в 1 МПа:

гдеσН – удельная утечка жидкости в насосе, σН = 0,03 ÷ 0,05 л/мин на

σЗ = 0,0015 ÷ 0,0017 л/мин на 1 МПа;

PН – рабочее давление, развиваемое насосом; PЦ – давление в гидроцилиндре;

PЗ – давление в золотнике, принимаемое равным давлению PЦ.

Потери расхода в гидросистеме могут быть оценены объемным КПД

Среднее значение объемного КПД колеблется в пределах (0,9 ÷ 0,98).

где ηГ – гидравлический КПД гидропривода, учитывающий гидравлические потери в насосе, гидродвигателе, трубопроводе (определяется по формуле (9.2)); ηО – объемный КПД гидропривода, учитывающий потери

жидкости в насосе, гидроцилиндре, трубопроводе (определяется по формуле (9.5)); ηм – механический КПД гидропривода, учитывающий потери

мощности на преодоление сил трения в сальниках, манжетах, цилиндрах насоса и гидродвигателя, рассчитываемый по соотношению

139

где, в свою очередь,

ηМН – механический КПД насоса, равный (0,80 ÷ 0,90); ηМЦ – механический КПД гидроцилиндра, определяемый по формуле

где FТР – суммарное усилие трения в гидроцилиндре (определяемое в разделе 2.4.2);

FЦ – усилие, развиваемое гидроцилиндром, которое определяется по формуле

где D – внутренний диаметр гидроцилиндра.

После определения потерь давления в системе гидропривода и действительного давления в гидроцилиндре, можно рассчитать фактическую силу, передаваемую поршнем гидроцилиндра рабочему органу машины:

− при подаче рабочей жидкости в поршневую полость (толкающее усилие)

− при подаче рабочей жидкости в штоковую полость (тянущее усилие)