Методика предварительного расчета гидропривода

Целью предварительного расчета является определение основных параметров гидропривода: номинального давления и номинального расхода рабочей жидкости.

Предварительный расчет включает в себя расчет и выбор насосов, направляющей и регулирующей аппаратуры, трубопроводов и других элементов, а также расчет потерь давления в гидросистеме.

Расчет геометрических размеров и последующий выбор исполнительных механизмов и гидроаппаратов из номенклатуры серийно выпускаемого оборудования осуществляется после того, как сделан выбор номинального давления.

Выбор номинального значения давления p_ном является ответственным шагом, так как от него зависят габаритные размеры, материалоемкость, стоимость и надежность работы гидропривода , где - нагрузка, преодолеваемая гидроцилиндром, Н, - площадь поршня, м².

Округляем полученное значение номинального давления (МПа) до ближайшего стандартного значения по ГОСТ 12445-80: 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250.

При выборе номинального давления следует руководствоваться следующими соображениями: малые давления приводят к возрастанию габаритных размеров и веса, но способствуют плавной и устойчивой работе привода; большие давления, снижая габаритные размеры и вес, приводят к удорожанию привода, уменьшают срок службы гидрооборудования.

Станочные гидроприводы подразделяют на гидроприводы низкого (до 1,6 МПа), среднего (1,6...6,3 МПа) и высокого (6,3...20 МПа) давлений. Первые применяются главным образом в станках для чистовой обработки (шлифовальных, хонинговальных, расточных), в которых нагрузки незначительны и требуется низкий уровень колебаний давления. Приводы среднего давления мощностью до 20 кВт нашли наиболее широкое применение благодаря своему преимуществу — возможности использования достаточно простых и недорогих пластинчатых и шестеренных насосов. Приводы высокого давления на базе поршневых насосов используют главным образом в мощных протяжных и строгальных станках для получения большой выходной мощности при ограниченных размерах гидродвигателей. Алгоритм выбора насоса приведен ниже.

Находим скорость прямого хода поршня: , где H - прямой ход, м, t - время формовки, сек.

Определяем подачу насоса:

,

где D_порш - диаметр поршня, дм;

V ₁ - скорость прямого хода поршня, дм/мин^-1.

Определяем теоретическую подачу насоса ,где η_V - объемный КПД.

В предварительном расчете объемный η_V различных насосов может быть принят в пределах, указанных в таблице 3.4.

Таблица 3.4

Значения объемного КПД для различных насосов

Тип насоса	Объемный КПД ηV
шестеренный	0,90-0,94
пластинчатый	0,70-0,90
аксиально-поршневой	0,95-0,98

Полученную теоретическую подачу округляют до целого числа. Находим рабочий объем насоса: , где n – номинальная частота вращения вала

Находим рабочую мощность насоса: .

Определяем полную мощность насоса: ,где η_H – общий КПД.

В предварительном расчете общий КПД различных насосов может быть принят в пределах, указанных в таблице 3.5. Из каталога выбираем насос с большей подачей.

Таблица 3.5

Значения общего КПД для различных насосов

Тип насоса	Общий КПД
шестеренный	0,80-0,85
пластинчатый	0,60-0,85
аксиально-поршневой	0,85-0,90

Определение параметров гидроцилиндра. Основными геометрическими параметрами гидроцилиндра являются:

- диаметр поршня D_порш;

- диаметр штока d_шт;

- ход H выходного звена;

- толщина стенки S цилиндра;

- толщина дна δ цилиндра.

Приложение к цилиндру чрезмерной осевой нагрузки может привести к продольному изгибу штока (устойчивости в осевом направлении). Максимально допустимая величина нагрузки на шток определяется из соотношения: , где V — коэффициент запаса по прочности .

Диаметр штока можно определить по формуле:

где МПа - модуль упругости;

l — длина нагруженного участка цилиндра, м.

Находим толщину стенки гидроцилиндра:

, где – допустимое напряжение.

Вычисляем толщину дна гидроцилиндра: .

Определяем напряжение сжатия штока: .

Расчет трубопроводов.

На стадии предварительного расчета внутренние диаметры трубопроводов определяют на основе рекомендуемых значений средних скоростей движения жидкости в гидролиниях: в напорных — 6 м/с; в сливных - 2 м/с/

Внутренние диаметры трубопроводов определяют на основе известного соотношения, связывающего между собой площадь проходного сечения трубы A, расход жидкости Q и скорость потока V в ней: .

Для труб и каналов круглого сечения, в которых площадь , диаметр проходного сечения рассчитывают по формуле: .

Для инженерных расчетов d_тр, мм, удобно определять по формуле: ,

где Q – расход, л/мин ;V — скорость жидкости в трубе, м/с.

Полученный в результате расчета значения диаметра d_тр округляют до ближайшего большего значения из стандартного ряда: 3, 6, (8), 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, (60), 70, 80, (90), 100, 125, 150, (175), 200, (225), 250, 300, (325), 400, (425), 450, (475), 500 и т.д.

Расчет трубопроводов на прочность сводится к определению толщины δ их стенок, значение которой зависит от внутреннего диаметра трубопровода, максимального давления p, действующего в гидросистеме, допустимого напряжения материала σ_Д, а также необходимого запаса прочности k на случай гидравлического удара .

Для стальных труб (сталь 20, 35, 40) допустимое напряжение σ_Д = 400...500 МПа, для труб из цветных металлов и сплавов σ_Д = 200...250 МПа. При искажении цилиндрической формы трубы σ_Д должно быть снижено на 25 %. Запас прочности k при расчете обычно выбирают равным трем.

Расчет потерь давления в гидросистемах.

Расчет потерь давления в гидросистеме производится для определения эффективности спроектированного гидропривода и уточнения выходных параметров при поверочном расчете. Если система спроектирована нормально, потери давления не превышают 6 % номинального давления насоса.

Суммарные потери давления в гидросистеме складываются из потерь давления в отдельных элементах:

,

где - суммарные потери давления на трение по длине всех участков трубопровода;

— суммарные потери давления в местных сопротивлениях трубопровода;

— суммарные потери давления в гидроаппаратах.

Потери давления на трение по длине трубопровода и на местных сопротивлениях определяются по соответствующим формулам:

,

,

где ρ — плотность рабочей жидкости;

λ – коэффициент потерь на трение по длине;

l – длина трубы;

d_тр – диаметр трубы;

— коэффициент потерь на местном сопротивлении;

V² — средняя скорость потока в расчетном участке трубопровода/

Значение коэффициента потерь на трение по длине λ зависит от режима течения жидкости, который определяется по числу Рейнольдса , где – кинематическая вязкость жидкости.

Для ламинарных потоков (Re<2300) .

При турбулентном течении для гидравлически гладких труб .

Коэффициенты местных сопротивлений выбирают по справочным данным в зависимости от их вида. При отсутствии данных о потерях давления в гидроаппаратах, их можно принять из справочных таблиц.

Рекомендуется потери давления суммировать по отдельным участкам напорной и сливной гидролиниям. Если участки соединены последовательно, то общая потеря давления равна сумме потерь на всех участках.

Поверочный расчет гидроприводов.

Проверочный расчет выполняется с целью установления действительных параметров гидропривода и проверки соответствия выбранного оборудования требованиям, предъявляемым к работе привода. Действительное давление, развиваемое насосом в приводе поступательного движения, равно:

- при выдвижении штока цилиндра: ;

- при втягивании штока цилиндра ,

где P_ф – нагрузка, приложенная к штоку цилиндра;

А₁ и А₂ – площади цилиндра в поршневой и штоковой полостях;

k_тр = 0,9-0,98 – коэффициент, учитывающий потери на трение в уплотнениях цилиндра.

Расхождение между заданными и действительными параметрами (не превышают 10 %) просчитывают по формуле: .

Дата добавления: 2015-05-29