Усилие на штоке гидроцилиндра Р, кН

р_р – давление, МПа

Р_р, МПа

10

100

12

125

16

160

20

200

25

250

32

320

40

400

50

500

62

630

80

800

36

280

45

360

56

450

70

560

90

710

110

900

Расчетная формула для определения расхода рабочей жидкости в гидроцилиндрах Q_ц (м³/с) при

Расход, м³/с при

422.4 · 10^-6

422.4 · 10^-6

760 · 10^-6

352 · 10^-6

105.6 · 10^-6

760 · 10^-6

105.6 · 10^-6

1689.6 · 10^-6

Удельный вес, Н/м³ при 20 ^оС

Коэффициент кинематической вязкости ν∙10⁶ м²/с при температуре ^оС

Температура ^оС

Диапазон рабочих температур ^оС

Q_max∙10³,м³/с

Р_раб, МПа

∆Q_ут, см³/мин

До 50

2.9.2. Выбор фильтра

Таблица 8.

Техническая характеристика фильтра.

,

где ∆р – перепад давления на фильтре при максимальном расходе;

Q_макс – пропускная способность фильтра при перепаде ∆р и определенной вязкости жидкости;

Q_ф – фактический расход через фильтр.

2.9.3. Выбор предохранительного клапана.

Таблица 9.

Техническая характеристика предохранительного клапана.

2.9.4. Выбор манометра

Таблица 10.

Техническая характеристика манометра.

2.10. Определение потерь давления в гидролиниях

Потери напора на каждом участке гидролинии определяем при рабочем ходе как сумму линейных и местных сопротивлений.

Линейные потери напора определяем по формуле

,

где - удельный вес рабочей жидкости, Н/м³;

 - коэффициент сопротивления трения по длине;

ℓ - длина магистрали, м;

d_т – диаметр трубопровода, м;

S – площадь сечения потока в трубопроводе, м²;

Q – расход рабочей жидкости через магистраль, м³/с.

Определение линейных потерь напора для напорной  линии:

Определение линейных потерь напора для исполнительной  линии.

Определение линейных потерь напора для сливной линии:

Местные потери напора ∆р_м определяем по формуле

,

Для напорной линии:

Для исполнительной линии:

Для сливной линии:

Определив линейные и местные потери на данном участке трубопровода, находим (суммированием) общие потери на участке магистрали.

Для напорной линии:

Для исполнительной линии:

Для сливной линии:

2.11. Определение усилий трения в гидродвигателе.

Усилие трения в гидроцилиндре равно:

,

где R_п и R_ш – усилия трения соответственно в уплотнениях поршня и штока.

Расчет сил трения в уплотнениях поршня или штока ведут по приближенной формуле.

Для резиновых колец круглого сечения

,

где d – диаметр уплотняемой поверхности, м;

q_р – сила трения на 1 м длины уплотнения, МН/м.

Значения q_р в зависимости от диаметра сечения резинового кольца d и давления рабочей жидкости при предварительном (монтажном) сжатии определяется по номограмме (рис. 2).

Выбор резиновых манжет для уплотнений гидроцилиндров производят по ГОСТ 6969-54, а резиновых колец – по ГОСТ 9833-61.

2.12. Определение величины давления нагнетания

Величину давления нагнетания определяют по силовой характеристике гидроцилиндра.

Силовой характеристикой гидроцилиндра является зависимость между давлениями в полостях цилиндра; усилием трения поршня и штока и усилием на штоке.

Рис. 2. Номограмма для определения q_р

Силовые характеристики, например, гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком (рис. 3) имеют вид:

- при выходе штока из цилиндра:

,

- при входе штока в цилиндр:

,

где р_нш и р_ш – давление в нештоковой и штоковой полостях цилиндра;

F_нш и F_ш – площади поперечных сечений цилиндра и штока;

R_тр – сила трения в уплотнениях поршня и штока;

Р_вых и Р_вх – полезные усилия на штоке при выходе штока из гидроцилиндра или входе в него.

Рис. 3. Схема силового гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком

При расчете конкретных гидросистем с конкретным гидроцилиндром, например, двухстороннего действия с односторонним штоком (см. рис. 2 и 3), когда рабочий ход совершается при входе штока в гидроцилиндр, давления р_нш и р_ш будут равны:

,

.

В формулах р_н-р; р_р-нш; р_р-б – потери давления в магистралях: соответственно насос – распределитель; распределитель – нештоковая полость; распределитель – бак.

∆р_др, ∆р_р, ∆р_ф – потери давления соответственно в дросселе, распределителе, фильтре при соответствующих расходах рабочей жидкости.

2.13. Выбор насоса

Таблица 11.

Техническая характеристика насоса.

2.14. Определение объемных потерь (утечек) жидкости

Общие потери жидкости в гидросистеме складываются из потерь в насосе ∆Q_ут.н, гидрораспределителе ∆Q_ут.р, дросселе ∆Q_ут.др и потерь в гидроцилиндре ∆Q_ут.ц (см. рис. 12), т.е.:

Каждый из перечисленных видов потерь можно выразить через удельную утечку, которая представляет собой величину утечки (м³/с), отнесенную к единице давления. В паспортах на гидравлическое оборудование приводятся утечки ∆Q_ут при номинальном (или максимальном) давлении, поэтому удельные утечки будут равны

Удельные утечки в насосе определяются по формуле

,

где q – рабочий  объем  насоса  (удельная  подача  насоса  за  один  оборот), м³/об;

n – число оборотов насоса, об/с;

Q_max и (р_н)_max – соответственно максимальная подача и максимальное давление насоса;

η₀ – объемный КПД насоса.

Общие потери жидкости в гидросистеме будут:

,

где .

МПа

2.15. Определение гидравлических потерь в гидросистеме во время рабочего хода

2.16. Определение КПД гидропривода

Гидравлический КПД гидропривода:

Объемный КПД гидропривода:

.

Механический КПД гидропривода учитывает механические потери в насосе и гидроцилиндрах. Механический КПД насоса η_мн равен 0,99. Механический КПД гидроцилиндра:

,

где Р_п – полезное усилие, создаваемое поршнем от давления в полости цилиндра. Оно равно:

Н

Здесь  .

Механический КПД гидропривода будет:

.     

Общий КПД гидропривода:

.

3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ГИДРОСИСТЕМЫ

Тепловой расчет гидросистемы производится для уточнения теплового режима рабочей жидкости в необходимости установки в гидросистеме теплообменника (холодильника). Мощность, Вт, превращаемая в тепло:

,

где N_н = р_н Q_н – мощность насоса, Вт;

р_н – давление насоса, Н/м²;

Q_н – подача насоса, м³/с;

η – общий КПД гидропривода.

Потери мощности в гидросистеме и есть количество выделенного тепла, т.е.

.

Суммарная поверхность теплообменника (или бака), необходимая для поддержания заданной температуры рабочей жидкости, при известной температуре окружающей среды будет:

,

где К_рг = τ_рг/τ_с – коэффициент продолжительности работы гидропривода под нагрузкой;

τ_рг – время работы гидропривода под нагрузкой, ч;

τ_с – полное время смены, ч;

к – коэфиициент теплопередачи от жидкости к воздуху через наружную поверхность гидробака;

к = 10 - 15 Ккал/м²∙°С = (10 – 15)1,163 Вт/ м²∙°С – для гидробаков с естественным воздушным охлаждением (открытая вентилируемая поверхность);

t_ж, t_в – температура соответственно масла и окружающего воздуха, °С.

Чтобы установить необходимость принудительного охлаждения, сначала нужно сконструировать бак.

Если поверхность наружных стенок бака S_б окажется меньше вычисленной, то необходима установка холодильника.

Объем бака V_б принимают равным двух – трехминутной производительности наоса Q_н, т.е.:

.

Задаемся соотношением ширины, высоты и длины бака в виде прямоугольного параллелепипеда, как 1:2:3. Обычно бак заполняется рабочей жидкостью на 0,8 высоты. Если обозначить ширину бака через x, объем жидкости в баке V_б = x 2(0,8 x)3 x = 4,8 x³.

Определяем размеры бака: ширина , высота 2 x, длина 3 x.

Находим площадь поверхности бака, участвующую в охлаждении рабочей жидкости:

,

где S₁ – суммарная площадь поверхностей бака, омываемых жидкостью;

S₂ – суммарная площадь боковых поверхностей, не омываемых жидкостью. У этих поверхностей эффект охлаждения в 2 раза меньше.

S₁ = 15,8 x² = 15.8 ∙ 0.056² = 0.05 м²;

S₂ = 3,2 x² = 3,2 ∙ 0.056² = 0.01 м².

Из сравнения поверхностей S_т и S_б делается заключение о необходимости установки холодильника, т.к. S_т>S_б, необходима установка холодильника.

ЛИТЕРАТУРА

1.  Лебедев Н.И. Объемный гидропривод машин лесной промышленности. - М.: Лесн. пром-сть, 1986.

2.  Халтурин В.М., Мамаев В.В., Пушкарева О.Б. Гидрооборудование машин лесной промышленности: учеб. Пособие, Екатеринбург,  2001.

3.  Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1980.

4.  Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. и др. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Минск: Вышайшая школа, 1976.