Расчёт и выбор параметров гидрооборудования

1. Исходные данные:

По  выбранному варианту схемы гидропривода и исходным данным, а также принятому  рабочему давлению, определить размеры  гидроцилиндра и подобрать распределитель, дроссель, гидроклапан, фильтр. Произвести расчет потерь давления в магистралях гидропривода. Выбрать насос. Рассчитать мощность и КПД гидропривода. Эквивалентную шероховатость гидролиний принять D_Э=0,06 мм. Механический КПД гидроцилиндра принять h_мц=0,90.

 

Таблица 1  -  Исходные данные

F, кН	uп, м/с	Жидкость	Плотность жидкости r, кг/м 3	Вязкость жидкости n, м 2/с	Р, МПа
70	3,6	Масло И 10	850	10×10 -6	10

  

Рисунок 1  -  Принципиальная схема гидропривода

 

Длину напорной линии определить по формуле:

;                                                        (1.1)

где N -  сумма двух последних цифр номера зачетной книжки, N=2.

м.

Длина сливной  линии равна:

;                                                            (1.2)

м.

Длина всасывающей линии равна:

;                                                             (1.3)

м.

 

2. Расчёт и выбор параметров гидрооборудования

2.1 Выбор  рабочей жидкости 

Выбор рабочей жидкости проводится в зависимости от температурных условий, режима работы гидропривода и его рабочего давления.

Рабочая жидкость: масло индустриальное 50.

Выбор рабочего давления

Выбор рабочего давления производится из ряда нормативных, установленых ГОСТ 12445-80.

 Р=10 МПа.

2.3 Расчет  размеров гидроцилиндра

Площадь поршня гидроцилиндра определяют по выбраному давлению и расчетной  нагрузке из соотношения:

;                                                       (2.1)

где S_Э - эффективная площадь поршня гидроцилиндра, м ²;

     F - усилие на штоке, Н;

     Р  - рабочее давление, Па;

  - механический к.п.д. гидропривода;

  - гидравлический к.п.д. гидроаппаратуры.

  определяет потери давления в трубопроводах и гидроаппаратуре, входящей в состав привода, =0,85.

 м ²;

Диаметр поршня гидроцилиндра определяем по полученой эффективной площади  поршня гидроцилиндра по формуле:

;                                                      (2.2)

где D - диаметр поршня гидроцилиндра, м;

    a - отношение диаметра поршня к диаметру штока (a=d/D), и определяется в зависимости от величины рабочего давления, для заданного давления Р=10 МПа , a=0,7.

 м.

Полученное значение диаметра поршня округляем по ГОСТ 12447-80 в соответствие с рядом размеров диаметров:

D=160 мм.

Диаметр штока  определяем из соотношения:

;

м.                  

Значение диаметра штока округляем  до нормативного в соответствие с ГОСТ 12447-80

  d=100 мм.

  Уточняем эффективную площадь,  используя следующее выражение:

;                                                    (2.3)

 м ².

2.4 Расход жидкости Q_ном (м³/мин), поступающий в гидроцилиндр, находят по выражению:

;                                                        (2.4)

где V_П - скорость движения поршня гидроцилиндра, м/с;

    S_Э - эффективная площадь поршня гидроцилиндра, м².

 м ³/с = 36,72 л/мин.

Необходимая подача насоса будет равна:

;                                                         (2.5)

где К - коэффициент, К=1,1.

 м ³/с .

2.5 Тип  и марку гидрораспределителя  выбирают по номинальному давлению P=10 МПа, и Q_н=36,72 л/мин [2, с.78, табл.4.4].

Распределитель В16

Q_ном=70 л/мин;

DP_ном=0,2 МПа.

2.6 Типоразмер  дросселя выбирают по номинальному  давлению P=10 МПа и подаче насоса Q_н=36,72 л/мин [2, с.146, табл.5.13]

Дроссель  ПГ 77-14

Q_ном=80л/мин,

P_раб=10 МПа,

DP_ном=0,2 МПа.

2.7 Выбор  фильтра и его типоразмера  производится  по расходу рабочей  жидкости в сливной гидролинии  и требуемой для данного гидропривода  тонкости фильтрации. Точность фильтрации определяется в зависимости от типа привода [2, с.296, табл. 8.2]. Выбор фильтра производится [2, с.300, табл. 5.13].

     Фильтр пластинчатый 0,12Г41-14

Q_ном=50 л/мин;

DP_ном=0,1 МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Гидравлический  расчет системы привода

3.1 Гидравлический  расчет трубопроводов.

Расчет  трубопроводов состоит в определении  их диаметров. Расчет производится по участкам: всасывающем (бак - насос), напорном (насос - гидроцилиндр), сливном (гидроцилиндр - фильтр - бак), выделенным в гидравлической схеме. Диаметры трубопроводов определяют, исходя из обеспечения допустимой скорости течения V_доп (м/с) жидкости, которые должны находится в следующих пределах [1]:

Всасывающие гидролинии           0.5-1.5,

Сливные гидролинии                    1.4-2.0,

Напорные гидролинии                      3-5.

С учетом допустимых скоростей и известному расходу  определяют диаметры трубопроводов d (м):

;                                                                                                               (3.1)

где Q - расход жидкости на данном участке трубопровода, м ³/с.

Для всасывающей  гидролинии:

Для напорной гидролинии:

;                                                         (3.2)

где S_Э - эффективная площадь поршня в напорной полости гидроцилиндра, м²,

       V_П - скорость движения поршня, м/с.

м ³/с

Для сливной гидролинии:

 ;                                                        (3.3)                                                                                         

где S_Эсл - эффективная площадь поршня в сливной полости гидроцилиндра, м²,

      V_П - скорость движения поршня, м/с.

 м ³/с

Определяем диаметры согласно (3.1):

 м.

 м.

 м.

Полученные  диаметры округляем до значения рекомендуемого по   ГОСТ 6540-68

d_всас= 32 мм;

d_нап= 16 мм;

d_сл = 25 мм.

По полученным диаметрам определяем фактические  скорости в гидролиниях.

Фактическая скорость при рабочей подаче во всасывающей  гидролинии:

 ;                                                                  (3.4)

 м/с.

Фактическая скорость в напорной гидролинии:

 ;                                                          (3.5)

 м/с.

Фактическая скорость в сливной гидролинии:

;                                                           (3.6)

 м/с.

3.2 Определение  потерь давления в гидросистеме.

Потери давления определяют на всасывающей, напорной и  сливной гидролиниях. Величину потерь определяют по формуле:

;                                                (3.7)

где DP_тр - потери на трение по длине трубопровода;

DP_м - потери в местных сопротивлениях, включая потери в гидроаппаратах.

Потери  давления DP_тр на трение по длине трубопровода вычисляют по формуле Дарси-Вейсбаха:

 ;                                                  (3.8)

где r - плотность жидкости, кг/м ³ ;

l - коэффициент гидравлического трения по длине;

l,d - длина и диаметр трубопровода, м;

V - средняя скорость течения жидкости, м/с.

Режим движения жидкости определяется по числу Рейнольдса:

;                                                           (3.9)

где V - фактическая скорость движения во всасывающем, напорном или сливном трубопроводах, м/с;

d - диаметр трубопровода, м/с;

n - кинематический коэффициент вязкости, м²/с.

 ;                                                       (3.10)

 

.

Т.к. число Рейнольдса больше 2320 то режим движения жидкости турбулентный.

 ;                                                    (3.11)

.

Т.к. число Рейнольдса больше 2320 то режим движения жидкости турбулентный.

;                                                       (3.12)

.

Т.к. число Рейнольдса больше 2320 то режим движения жидкости турбулентный.

Определим коэффициент  гидравлического трения по длине, для  ламинарного режима движения жидкости воспользуемся следующей зависимостью:

;                                                             (3.13)

.

.

.

Потери  на трение определим как сумму  потерь во всасывающем, напорном и сливном трубопроводах.

;                                       (3.14)

 ;                                             (3.15)

 ;                                         (3.16)

 ;                                             (3.17)  

 Па.

 Па.

 Па.

 Па.

Местные гидравлические потери DP_м (Па) определяют по формуле Вейсбаха:

;                                                      (3.18)

где z - коэффициент местного сопротивления;

    V - средняя скорость в сечении за местным сопротивлением, м/с;

    r - плотность жидкости, кг/м³.

К местным  сопротивлениям применительно к заданному гидроприводу относятся: внезапное расширение потока (вход в цилиндр), внезапное сужение потока (выход из цилиндра), плавные повороты гидролинии, штуцерные присоединения трубопроводов, а также потери в гидроаппаратах: распределителе, дросселе, фильтре.

Определение суммарного коэффициента местных сопротивлений на всасывающей, напорной и сливной гидролиниях.

;                                                    (3.19)

.

;                                         (3.20)

.

;                                  (3.21)

.

Определяем местные гидравлические потери во всасывающей, напорной и сливной гидролиниях:

;                                              (3.22)

;                                           (3.23)

;                                             (3.24)

 Па.

 Па.

 Па.

Потери давления в гидроаппаратах можно найти из формулы:

 

;                                               (3.25)

где DP_ном - табличное значение потерь давления на сопротивлении при номинальной подаче;

Q_ф - фактический расход;

Q_ном - номинальная подача..

Потери  в дросселе определим, используя  формулу (3.25):

 Па.

Потери  в распределителе определим, используя  формулу (3.25):

 Па.

 Па.

Потери  в фильтре определим используя  формулу (3.25):

 Па.

Полученные значения потерь давления в местных сопротивлениях, в гидроаппаратах и на трение подставляем в формулу (3.7) и определяем суммарные потери давления в гидросистеме:

 Па.

Суммарные потери давления не должны превышать 20% давления развиваемого насосом.

Определение допустимых потерь:

;                                                     (3.26)

Па.

.

 

 

 

4. Выбор параметров насоса и  гидроклапана давления

4.1 Требуемое  давление насоса P_н вычисляют пользуясь следующей зависимостью:

;                                                (4.1)

где SDP - суммарные потери давления в гидросистеме, Па;

    F - усилие на штоке гидроцилиндра, Н;

    S_Э - эффективная площадь поршня, м ²;

    h_мц - механический кпд гидроцилиндра.

 Па       МПа.

Тип насоса выбираем в соответствие с требуемой подачей Q_н=36,72 л/мин и давлением P_н=10 МПа по литературе [2, с.18, табл. 2.1, с.30, табл. 2.5, с.34, табл. 2.7, с.38, табл. 2.9]: