2.2 Выбор гидроцилиндров
Преобразование энергии потока жидкости в механическую энергию и перемещение выходного звена (вала, штока) происходит в гидродвигателе, являющемся исполнительным органом любой гидравлической системы. В объемном гидродвигателе преобразование энергии и движения осуществляется в процессе наполнения жидкостью рабочих камер и перемещения вытесняемых тел (поршней, плунжеров, пластин и т.п.) при четком разделении приемной (нагнетательной) и отдающей (сливной) полостей. Объемные гидродвигатели подразделяют на гидроцилиндры (силовые и моментные) и гидромоторы. В гидромоторах выходное звено (вал) совершает неограниченное вращательное движение. В силовых гидроцилиндрах вытесняемое тело (поршень, плунжер) совершает возвратно-поступательное движение относительно корпуса, в моментных - возвратно-поворотное движение на угол менее 360°.
Гидродвигатели нашли широкое применение в качестве исполнительного органа при автоматизации отдельных операций технологических процессов, при автоматическом дистанционном управлении машинами, для приводов многих движений станков, перемещения орудий строительных и дорожных машин. Они имеют малый вес и объем на единицу мощности, легко встраиваются в различные механизмы, реверсивны, малоинерционны. Гидродвигатели работают при тех же давлениях, что и насосы.
Для данной системы подходит силовой гидроцилиндр. Силовые гидроцилиндры по своим схемам и конструкциям очень разнообразны. В зависимости от выполняемых операций они могут быть одностороннего и двустороннего действия, т.е. совершать работу под действием жидкости при движении поршня или плунжера только в одном или двух направлениях. В первом случае поршень возвращается в исходное положение благодаря собственному весу или под действием пружины.
Гидроцилиндры могут быть с выходом штока или плунжера только в одну сторону - цилиндры с односторонним штоком, или в обе стороны - цилиндры с двусторонним штоком. Гидроцилиндры могут также иметь несколько штоков или плунжеров, расположенных один в другом так, что общий ход их будет больше длины корпуса - это телескопические цилиндры
Выберем поршневой гидроцилиндр одностороннего действия типа 5700М-5330011-Б. Здесь под действием потока рабочей жидкости, поступающей в штоковую полость, происходит втягивание штока.
Технические характеристики гидроцилиндра типа 5700М-5330011-Б:
- номинальный расход, м3/с 2.5;
- давление в напорной гидролинии, МПа 12;
- диаметр поршня, м 0.05;
- масса поршня, кг 2,8;
- КПД гидроцилиндра 0.95;
- масса рабочего органа, кг 43;
- ход поршня, мм 0,495;
- диаметр штока, м 0.016.
Гидроцилиндр представляет собой колебательное звено с передаточной функцией вида:
,
(2)
где kп– коэффициент передачи гидропривода, кПа/см;
T – постоянная времени гидропривода, c;
ξ – коэффициент демпфирования.
Рассчитаем коэффициент передачи гидропривода.
Определим эффективные площади поршня:
,
(3)
где D – диаметр поршня;
d – диаметр штока.
Коэффициент передачи гидроцилиндра:
(4)
Постоянная времени гидроцилиндра:
(5)
где m – масса поршня и рабочего органа;
CГЦ – коэффициент динамической жесткости.
Рассчитаем коэффициент динамической жесткости.
(6)
где Епр – приведенный модуль упругости стенок гидроцилиндра и жидкости;
Lгц – длина хода поршня гидроцилиндра.
Тогда постоянная времени:
Относительный коэффициент демпфирования колебаний:
(7)
где f - приведенный коэффициент вязкого трения.
Подставим полученные значения и получим передаточную функцию гидроцилиндра:
(8)