4. Контрольные вопросы

1. Используя полученную зависимость , объяснить причины влияния скоростиV на коэффициент теплоотдачи .

2. Используя полученную зависимость , объяснить влияние температурыt_k на количество тепла Q_л и объяснить полученную зависимость законом Стефана-Больцмана.

Лабораторная работа 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

И УСТАНОВИВШЕЙСЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МАСЛА

ГИДРОСТАНЦИИ

Цель работы – изучение гидростанции промышленного робота, экспериментальное определение коэффициента теплопередачи, расчет установившейся температуры масла гидростанции, ознакомление с методом теплового расчета гидросистем.

1. Основные понятия

Ограничение нагрева масла в гидроприводе достигается рациональным его проектированием, введением принудительного охлаждения жидкости с помощью теплообменников.

Тепло, выделяющееся при работе гидропривода, нагревает его элементы и рабочую жидкость, а также рассеивается в окружающее пространство.

При достижении установившейся температуры масла в гидробаке все выделяемое тепло рассеивается в окружающее пространство.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

Ndt=(Cm + C₁m₁)dТ + KSdt*(+T₁ - T₀), (4.1)

где N - количество тепла, выделяемое в гидросистеме в ед. времени; dT – приращение температуры рабочей жидкости за время dt; C – теплоемкость рабочей жидкости (минерального масла); m – масса масла; C₁ – теплоемкость материала гидробака (стали); m₁ – расчетная масса гидробака; K – коэффициент теплопередачи от рабочей жидкости через стенку гидробака к окружающему воздуху; T₁ – температура масла к началу рассматриваемого бесконечно малого промежутка времени dt; T₀ – температура окружающего воздуха; S – расчетная площадь поверхности гидробака.

Из уравнения (4.1) при непрерывной работе гидростанции в течение времени t получается зависимость для определения температуры масла

T=T₀ + (T_нач - T₀)exp + (1 - exp), (4.2)

где Т_нач – начальная температура масла в гидробаке.

Коэффициент теплопередачи для однослойной плоской стенки определяется по формуле

К = , (4.3)

где  ₁ – коэффициент теплоотдачи от масла к стенке гидробака;  ₂ – коэффициент теплоотдачи от стенки гидробака окружающему воздуху;  – толщина стенки гидробака; λ – коэффициент теплопроводности материала стенки гидробака.

Значения коэффициентов ₁, ₂, λ зависят от конструкции гидростанции, режима ее работы, марки масла и других факторов, поэтому определение коэффициента теплопередачи, характеризующего тепловой режим гидропривода, рационально произвести экспериментально, что осуществляется в данной работе.

Количество тепла, передаваемое от нагретого масла окружающему воздуху, зависит от площади поверхности гидробака. Однако условия теплопередачи для боковых стенок, основания и крышки гидробака неодинаковы вследствие различия в их температурах и расположении. Поэтому введено и используется в последующих расчетах понятие расчетной площади поверхности гидробака, которая определяется по формуле:

S = α , (4.4)

где V=b*l*H - обьем масла в гидробаке; принять b*l=41дм²; Н - высота масла в баке; - коэффициент, зависящий от отношения сторон гидробака.

При отношении сторон гидробака в пределах от 1:1:1 до 1:2:3 значения =0,060+0,069. Принимая среднее значение =0,064, получаем:

S = 0,064м²; V в дм³ (4.5)

масса масла в гидробаке

m=V, (4.6)

где  = 900 кг/м³ – плотность масла.

Теплоемкость масла принять С = 1880 Дж/кг.град.

Расчетная масса гидробака гидростанции определяется соотношением:

m₁=S₁ , (4.7)

где S – расчетная площадь поверхности гидробака, определяемая соотношением (4.5); =2 мм – толщина стенок гидробака; ₁=7800 кг/м³ – плотность стали.

Теплоемкость материала сварного стального бака принять С₁=460 Дж/кг.град.

При экспериментальном определении коэффициента теплопередачи вся энергия, подводимая к электродвигателям гидростанции и нагревателю, идет на нагрев ее элементов и рабочей жидкости, поэтому количество тепла, выделяемое в гидросистеме в ед. времени, определяется соотношением:

Ni=nI_фiU_фcosφ,

где N₁, N₂ – мощность, потребляемая электродвигателями М1 и М2; n=3 – количество фаз приводного i-го электродвигателя (i=1,2); I_фi – фазная сила тока электродвигателя.

Принять U_ф =220в; cosφ=0,8.

Если известно значение коэффициента теплопередачи К, то установившуюся температуру масла можно определить по формуле (4.2) при t:

Т=Т₀+.(4.9)

Как показали испытания, для многих действующих гидросистем расхождение между температурой масла, подсчитаной по формуле (4.2) при t=11 часов и установившейся температурой, подсчитаной по формуле (4.9), не превышает 5-10%, поэтому практически расчет установившейся температуры гидропривода можно вести по более простой формуле (4.9). При этом предполагается, что разность наибольшей и наименьшей температур воздуха в цехе в течение дня не превышает 4+6⁰C.