Файл: РиП ГМиГПАлекция 5м.doc

10

Лекции № 5м

Методы расчёта основных параметров гидроприводов поступательного и вращательного движения.

§1. Предварительный расчёт объёмного гидропривода и выбор гидрооборудования.

При предварительном расчете определяют номинальные давления и расход рабочей жидкости в гидроприводе, типоразмеры и номенклатуру гидрооборудования.

Исходными данными для предварительного расчета являются значения нагрузок и скорости рабочих органов машины, а для машин циклического действия циклограмма нагрузок и скоростей рабочих органов; условия и режимы эксплуатации машины; дополнительные требования, предъявляемые к гидроприводу, в том числе совмещение операций, диапазон регулирования и др.

Предварительный расчет гидропривода выполняется в следующем порядке.

Номинальное давление и диапазон регулирования скорости. С увеличением давления (до определенного предела) уменьшаются масса и стоимость гидравлического оборудования, зависящие от числа исполнительных механизмов. Существует оптимальное давление, соответствующее давлению настройки предохранительного клапана. При дальнейшем повышении давления масса и стоимость гидравлического оборудования непропорционально увеличиваются.

Следует учитывать, что с повышением номинального давления увеличивается вязкость рабочей жидкости и уменьшается поток вследствие увеличения скорости жидкости. Все это приводит к повышению гидравлических потерь в гидросистеме машины.

Увеличение номинального давления в гидросистеме неизбежно связано с повышением требований к качеству материалов, применяемых для изготовления гидрооборудования, точности его изготовления, а также к чистоте рабочей жидкости при эксплуатации. Номинальное давление в объемном гидроприводе с одним насосом обычно стремятся принять одинаковых для всех исполнительных механизмов.

Давление настройки клапана P_НАСТ и номинальная подача Q_НОМ соответствуют максимальной мощности, затрачиваемой на выполнение машиной наиболее энергоемкой операции.

Мощность привода насосной установки определяется по суммарной мощности одновременно работающих гидродвигателей. Исходные данные для определения мощности получают из кинемтического и динамического расчетов машины, основанных на циклограммах действующих усилий и необходимых скоростях исполнительных механизмов. Для получения максимального КПД объемного гидропрвода давление и подача насосов должны быть, возможно, более близки к номинальным, рекомендуемым заводом-изготовителем.

---

Номинальное давление P_НОМ выбирают из ряда по ГОСТ 12445-80, исходя из технических параметров серийно выпускаемого гидрооборудования.

Выбор и расчет основных параметров гидродвигателя. Основные параметры гидродвигателей определяют, исходя из кинематической схемы машины и наличия промежуточных звеньев между рабочими и исполнительными органами. Заданные скорости и нагрузки на рабочих органах машины должны быть отнесены расчетным путем к соответствующим параметрам гидродвигателей, выбранных для применения. Основными условиями правильного выбора гидродвигателей являются обеспечение рабочими органами машины необходимых вращающего момента М_М и частоты вращения n_М для гидромотора, усилия F и скорости перемещения v для гидроцилиндров и соответствие внешних нагрузок указанным в технической характеристике гидродвигателей.

При цикличном характере рабочего процесса машины и переменных нагрузках и скоростях параметры гидродвигателей должны быть определены из условия обеспечения максимальных нагрузок и скоростей.

Основными параметрами гидродвигателей являются рабочий объем V_М гидромотора, диаметры цилиндра D и штока d и ход штока L гидроцилиндра, перепад давления P_М или P_ц при установившемся движении, а производным параметром – расход рабочей жидкости, поступающей в гидромотор Q_М или в гидроцилиндр Q_ц.

С учетом ориентировочных потерь давления на пути жидкости от насоса до гидродвигателя давление перед последним определяется предварительно:

P = (0,85 – 0,90) P_НОМ. (31)

Основные схемы нагружения гидроцилиндров это шток «толкает» и шток «тянет».

При выборе параметров гидродвигателя следует учитывать, что для обеспечения установленного технической документацией ресурса и КПД требуемая скорость гидродвигателя не должна превышать номинальной.

Насос. Для правильного выбора типоразмера насоса необходимо обеспечение максимальных нагрузок и скоростей гидродвигателей, а также соответствие значений параметров указанных в технической характеристике насоса.

Основными параметрами насоса являются рабочий объем V_Н, номинальное давление P_НОМ, частота вращения приводного вала n_н, а производным параметром – подача рабочей жидкости Q_Н (для регулируемого насоса еще и диапазон регулирования подачи Q_Н).

---

Для расчета в качестве номинального давления P_НОМ, развиваемого насосом, используют предварительно выбранное номинальное давление в гидросистеме.

При раздельной работе нескольких гидродвигателей или нескольких групп гидродвигателей подачу насоса необходимо определить по той группе одновременно включаемых гидродвигателей, для работы которой требуется наибольший расход.

Для предварительного расчета значение мощности насоса можно принять из технических условий, определенных для номинальных условий.

Гидроаппараты и кондиционеры. Основными требованиями при выборе параметров гидроаппаратов и кондиционеров рабочей жидкости (гидрораспределителей, клапанов, дросселей, фильтров, трубопроводов, гидроаккумуляторов и гидробаков) являются обеспечение надежной работы гидроприводов в течение установленного ресурса и соответствие режимов работы гидрооборудования в конкретной гидросистеме его параметрам, указанным в технической характеристике.

Основными параметрами гидроаппаратов (кроме гидроаккумуляторов и гидробаков) являются номинальное давление P_НОМ; диаметр условного прохода D_У, номинальная тонкость фильтрации _ном (для фильтров), номинальные емкость V_НОМ (для гидроаккумулятора) и вместимость W_НОМ (для гидробака). Дополнительным параметром для всех гидроаппаратов, кроме гидроаккумуляторов и гидробаков, является номинальный расход Q_НОМ.

Типоразмер любого трубопровода характеризуется диаметром условного прохода D_У, примерно равным внутреннему диаметру трубы d. Предварительный выбор условного прохода трубопровода осуществляется по скорости потока рабочей жидкости с учетом условных проходов гидрооборудования, соединяемого трубопроводом.

При выполнении расчетов условный проход трубопровода определяют из выражения

D_у = 4,6 ( Q / v )^1/2. (32)

Рекомендуемые значения расхода и скорости рабочей жидкости для ряда условных проходов, всасывающих, сливных и напорных трубопроводов в зависимости от номинального давления и климатических условий эксплуатации машины с объемным гидроприводом приведены в справочной литературе.

Более точно условный проход трубопровода должен быть определен после установления его длины, числа соединений и местных сопротивлений, а также уточнения параметров номинального (расчетного) режима работы гидропривода. Полученные значения округляются до ближайшего большего значения в нормальном ряду по ГОСТ 16516-80.

---

При выборе гидроочистителя тонкость фильтрации принимается с учетом технических требований по эксплуатации насосов, гидромоторов и другого гидрооборудования, применяемого в гидроприводе. Типоразмер фильтра выбирают, исходя из его пропускной способности и климатических условий эксплуатации машины. Вместимость гидробака W_НОМ должна соответствовать его основному функциональному назначению: размещению объема рабочей жидкости, необходимого для заполнения гидросистемы, и принимается в 1,5 – 2 раза больше суммарного внутреннего объема всех элементов гидросистемы (штоковых полостей гидроцилиндров, трубопроводов, фильтров, гидроаккумуляторов и т.д.), но не менее 1,5 – 2,5 Q_Н.

Для гидропривода с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости вместимость гидробака определяется с учетом объема жидкости, находящейся во внутренних полостях вспомогательных контуров, работающих с разомкнутой циркуляцией: подпитки, сервоуправления и др.

---

§2. Тепловой режим гидропривода.

Надежная и эффективная работа гидравлического привода возможна в условиях оптимального теплового состояния, обеспечивающего постоянство рабочих характеристик. Известно, что с повышением температуры рабочей жидкости увеличиваются объемные потери вследствие увеличения утечек жидкости в гидрооборудовании. При этом нарушаются условия надежного смазывания сопряженных деталей и могут возникнуть локальный нагрев поверхностей трения, интенсивное изнашивание и даже «схватывание» сопряженных деталей. Кроме того, при повышении температуры активизируются окисление рабочей жидкости и выделение из нее смолистых осадков, ускоряющих облитерацию проходных капиллярных каналов и дроссельных щелей.

Основной причиной нагрева является наличие гидравлических сопротивлений в системах гидропривода. Дополнительной причиной являются объемные и гидромеханические потери, характеризуемые объемным и гидромеханическим КПД.

Потери мощности в гидроприводе, переходящие в тепло,

N_пот = N_пр.н – N_п.гд = N_п.гд(1-_гп) _, (33)

где N_ПР.Н – приводная мощность насоса, Вт; N_п.гд – полезная мощность гидродвигателя; _гп – КПД гидропривода.

Количество тепла E_пр, выделяемое в гидроприводе в единицу времени, эквивалентно теряемой в гидроприводе мощности N_пот

E_пр  N_пот. (34)

Количество тепла, выделяемое в гидроприводе за час его работы, Дж/ч:

Q = 3600N_пот. (35)

Повышение температуры Т рабочей жидкости до установившегося значения Т_Ж. может быть подсчитано по формуле

Т = Т_Ж. – Т_В =  / (S_i K_i), (36)

где Т_Ж. – установившаяся температура рабочей жидкости в баке; Т_В – температура окружающего воздуха;  – тепловой поток, выделяемый гидроприводом, Вт; S_i – площадь внешней поверхности элементов гидропривода, м²; K_i – коэффициент теплопередачи от рабочей жидкости в окружающий воздух, Вт/(м²С).

---